훨씬 빠른 '양자컴퓨터' 실용화 성큼 다가왔다

국내연구팀, 양자컴퓨터 기본인 '실리콘·인 다중 큐비트 시스템' 입증

[아시아경제 정종오 기자]지금보다 계산 능력이 훨씬 뛰어난 이른바 양자컴퓨터 시대가 앞당겨질 것으로 보인다. 국내연구팀이 슈퍼컴퓨터를 활용한 계산연구로 '실리콘·인 다중 큐비트 시스템 구현 가능성'을 입증했기 때문이다. 인(Phosphorus) 원자를 집적한 실리콘 기반의 큐비트 시스템은 양자컴퓨터의 기본 단계이다.

한국과학기술정보연구원(원장 박영서, 이하 KISTI), 호주 뉴사우스웨일즈 대학교, 미국 퍼듀대학교로 구성된 국제 공동연구팀은 22일 쉽게 구할 수 있는 실리콘 물질을 이용해 '실리콘 기반의 양자컴퓨터 실용화 가능성'을 세계 최초로 입증했다.

양자컴퓨터는 지금 존재하는 컴퓨터보다 월등히 계산 성능이 뛰어나다. 인(Phosphorus) 원자를 집적한 실리콘 기반의 큐비트 시스템은 정보유지 시간이 길어 (초저온에서 1018초 이상) 다중 큐비트 기반의 확장성 있는(Scalable) 양자컴퓨터 개발에 매력적이라고 여겨져 왔다. 그런데 이론을 통해 입증된 '실리콘·인 기반의 다중 큐비트 시스템' 구현 사례는 아직 없었다.

공정을 통해 만들어진 소자의 특성 측정만으로는 동작의 타당성을 100% 증명하기 어렵기 때문에 그 구현 가능성을 주장하기 위해서는 계산을 통한 증명이 필수적이다. 뉴사우스웨일즈 대학에서 만든 다중 큐비트 시스템의 동작 타당성을 검증하기 위해서는 물리적 의미를 가진 편미분 방정식을 행렬화시켜 풀어야 하는데 그 행렬의 크기가 최대 3000만x3000만에 달해 슈퍼컴퓨터 활용이 불가피했다.

KISTI 류훈 박사는 뉴사우스웨일즈 대학교에서 제작한 샘플의 성능 측정결과가 다중 큐비트 시스템으로서 적합하다는 사실을 슈퍼컴퓨터 기반의 계산을 통해 이론적으로 규명했다. 계산을 가능하게 한 3차원 반도체 물질의 전자구조 계산 소프트웨어(SW)를 개발해 퍼듀 대학과 협동 계산 연구 수행을 주도적으로 이끌었다.

류 박사는 "현재 연구결과는 2~3개의 인 원자를 집적한 것으로 실리콘 기반의 양자컴퓨터 개발을 위한 기본단계"라며 "앞으로 더 많은 인 원자를 가진 큐빗 시스템의 성능을 계산해 실리콘 기반 양자컴퓨터의 확장성(Scability)을 높이기 위한 설계 가이드라인을 확보할 계획"이라고 말했다.

이번 연구결과는 '실리콘을 기반으로 한 다중 큐비트 시스템의 구현'이 가능함을 입증한 셈이다. 연구결과는 지난 14일(한국시간) 네이처지((논문명: Spin Blockade and Exchange in Coulomb-Confined Silicon Double Quantum Dots)에 실렸다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr