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입자 간 양자거리를 시각적으로 표현한 그림. 사진 제공=과학기술정보통신부



[서울경제]
양자컴퓨터의 정확도를 획기적으로 높일 수 있는 원천기술이 국내에서 개발됐다. 국내 연구진이 연산 정확도 제고에 필요한 ‘양자거리’를 세계 최초로 정확하게 측정하는 데 성공하면서 현재 양자컴퓨터의 고질적 약점인 오류 문제를 해결하고 고성능을 구현하는 데 기여할 것으로 기대된다.

과학기술정보통신부는 김근수 연세대 물리학과 교수와 양범정 서울대 물리천문학부 교수 공동 연구팀이 세계 최초로 고체 물질 속 전자의 양자거리 측정에 성공했다고 5일 밝혔다. 연구성과는 3대 국제 학술지인 ‘사이언스기관매수
’에 이날 게재됐다. 입자가 갖는 양자상태를 정밀하게 제어해 고성능 양자컴퓨터를 개발하려면 정확한 양자거리 측정이 필요하다는 게 연구팀의 설명이다.
양자컴퓨터는 전자를 포함해 매우 작은 입자들이 0과 1의 디지털 정보를 동시에 가지는 ‘큐비트’ 상태로 슈퍼컴퓨터보다 빠른 연산을 할 수 있는 기술이다. 큐비트 입자들이 0과 1을 동시에 가진대한제강 주식
다고 해도, 입자마다 0의 비중이 큰지 1의 비중이 큰지 그 속성은 제각각 다를 수 있다. 현재 컴퓨터가 0을 1로, 또는 1을 0으로 착각하고 잘못 인식하면 계산 오류가 생기는 것처럼 양자컴퓨터도 큐비트들 사이의 복잡한 차이를 구별하고 제어하지 않으면 정확도를 높이는 데 한계가 있을 수밖에 없다.
양자거리는 이 같은 큐비트 입자들을 서로키움증권
구별할 수 있는 척도로 활용될 수 있다. 구체적으로는 작은 입자들이 갖는 에너지·운동량 등의 양자상태가 얼마나 비슷하고 다른지를 나타내는 양으로 m 단위의 일상적 거리와는 다르다. 두 입자의 양자상태가 완전히 똑같으면 양자거리는 0, 완전히 다르면 1이 되며 실제로는 대부분 0과 1사이의 값을 갖는다. 다만 원자 크기가 0.1㎚(나노미터·10억 분의 1m10억만들기프로젝트
), 전자는 이보다도 훨씬 작은 탓에 이 입자들의 양자거리를 정확하게 측정하는 것은 어려웠다. 양 교수 연구팀이 미국 매사추세츠공대(MIT)와 협력해 근삿값을 구하는 방법을 찾아 ‘네이처 피직스’에 발표한 정도다.
이런 가운데 근삿값을 넘어 정확한 양자거리를 측정하는 방법을 연구팀이 세계 최초로 밝혀낸 것이다. 연구팀은 비교적 단순한 구조2차전지대장주
를 가진 물질인 흑린을 활용한 연구 끝에 전자의 양자거리가 위상차라는 또다른 성질에 의해 결정된다는 사실을 확인했다. 위상차는 물질에 빛을 쬘 때 나타나는 성질을 확인하는 각분해광전자분광 실험을 통해 비교적 쉽게 측정할 수 있다. 이를 통해 양자거리까지도 알아낼 수 있다는 것이다.

김 교수는 “연구성과가 양자컴퓨터, 양자센서와 같은 다양한 양자 기술 개발을 위한 기초 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 김윤수 기자 sookim@sedaily.com