한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 김용수 양자정보연구단 박사 팀이 단일광자 양자상태를 이용, 분자 구조를 계산하는데 성공했다고 밝혔다. 아직 불완전한 양자컴퓨터의 성능을 보완하기 위해 디지털 컴퓨터의 이점을 함께 사용하는 VQE (Variational Quantum Eigensolver) 알고리즘을 이용해 분자 바닥상태(에너지가 가장 낮지만 안정적인 상태) 에너지를 계산하는데 성공했다.
VQE의 성능은 양자연산 공간 크기에 제한돼 효율적으로 양자연산 공간 크기를 확장하기 위한 연구가 필요하다. 연구팀은 양자연산 공간을 확장해 양자컴퓨터 연산공간 크기를 수월하게 확장하는 새로운 방법을 제시했다.
단일광자의 광경로와 편광을 이용해 2큐비트 양자연산 공간을 구현하고, 이를 분자 바닥상태 에너지를 계산하는 VQE 실험에 적용했다. 또 불완전한 양자컴퓨터가 가지는 양자오류를 효율적으로 보정하기 위한 양자오류 보정 알고리즘을 개발하고 적용해 노이즈가 많은 상황에서도 분자 바닥상태 에너지를 성공적으로 계산할 수 있음을 확인했다.
이번 연구에 주저자로 참여한 이동화, 이진일 학생 연구원은 “이번 연구는 양자컴퓨터의 소프트웨어(SW)와 하드웨어(HW), 응용기술을 포함한 모든 기술을 순수 국내기술로 구현했다는데 의의가 있다”고 의의를 평가했다.
김용수 박사는 “광자기반 양자컴퓨터로 계산한 분자는 기존 디지털 컴퓨터로도 충분히 풀 수 있는 수준이지만, 단일광자의 다양한 자유도를 이용해 양자컴퓨터의 연산공간 크기를 효율적으로 확장하는 새로운 방법을 제시한 만큼 향후 실용적인 양자컴퓨터 개발에 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
연구결과는 국제 학술지 옵티카 최신호에 게재됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
