'양자 오류 정정'이 정확한 양자 컴퓨팅 관건으로 떠오르고 이에 필요한 '양자얽힘 상태' 구현 역시 이목을 끄는 가운데, 우리 연구진이 관련 핵심인 '3차원 클러스터 양자얽힘 상태'를 실험으로 구현했다.
양자 오류에 구애받지 않는 '결함 허용 양자컴퓨팅' 실현에 크게 기여할 전망이다.
한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 라영식 물리학과 교수팀이 이같은 성과를 거뒀다고 25일 밝혔다.
측정기반 양자 컴퓨팅은 특수한 양자얽힘 구조의 클러스터 상태를 측정, 양자 연산을 구현하는 새로운 방식이다. 이 방식 핵심은 클러스터 양자얽힘 상태 제작에 있고, 범용 양자컴퓨팅을 위해 2차원 구조 클러스터 상태가 사용된다.
하지만 양자오류를 정정할 수 있는 결함 허용 양자컴퓨팅으로 발전하려면 더 복잡한 3차원 구조 클러스터 상태가 필요하다.
3차원 클러스터 상태는 양자얽힘 구조가 매우 복잡해 그동안 실험 구현이 이뤄지지 못했다.
연구팀은 펨토초 시간-주파수 모드를 제어해 양자얽힘 구현 기술을 개발했다. 3차원 구조 클러스터 양자얽힘 상태 생성에 최초로 성공했다.
펨토초 레이저는 아주 짧은 시간에 강한 빛 펄스를 방출하는 장치다. 연구팀은 비선형 결정에 펨토초 레이저를 입사해 여러 주파수 모드에서 양자 광원을 동시 생성하고, 이를 활용해 3차원 구조 클러스터 양자얽힘을 생성했다.
라영식 교수는 “기존 기술로는 구현하기 어려웠던 3차원 클러스터 양자얽힘 상태 제작에 성공한 최초 사례”라며, “향후 측정 기반 양자컴퓨팅 및 결함 허용 양자컴퓨팅 연구에 중요한 발판이 될 것”이라고 말했다.
노찬 물리학과 석박사통합과정 학생이 제1 저자로 참여하고 곽근희·윤영도 석박사통합과정 학생이 공동 저자로 참여한 이번 연구는 '네이처 포토닉스'에 24일 온라인판으로 출판됐다.
한편 이번 연구는 한국연구재단(양자컴퓨팅 기술개발사업, 중견연구자 지원사업, 소재혁신 양자시뮬레이터 개발사업)과 정보통신기획평가원(양자인터넷 핵심원천기술 사업, 대학ICT연구센터지원사업) 및 미국 공군연구소 지원으로 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
