ETRI, 양자컴퓨팅 8광자 큐비트 칩 최초개발
한국전자통신연구원(ETRI)은 실리콘포토닉스 양자칩을 확장해 광자 8개를 제어할 수 있는 시스템을 완성하고 8개의 광자에 의해 발생하는 양자 현상들을 실험 중이라고 밝혔다. 광자기술을 적용해 시·공간 상에서 양자의 얽힘 구현을 가능케 만든 셈이다.
(위 왼쪽에서 시계 방향) ▲ETRI 연구진이 양자컴퓨팅 8광자 큐비트 칩 개발 관련 시연하는 모습, ▲큐비트 칩 개발 관련 시연하는 모습, ▲양자회로 4-큐비트 GHZ state 토모그래피 측정 결과 ▲양자회로 1-큐비트 및 2-큐비트 상태의 토모그래피 측정 결과
연구진은 그동안 실리콘포토닉스 양자칩 연구를 꾸준히 추진해 왔다. 지난해, 연구진은 KAIST 및 이탈리아 트렌토(Trento) 대학과 협력해 광자 4개를 제어할 수 있는 4큐비트 실리콘 포토닉스 칩에서 2큐비트와 4큐비트 양자 얽힘을 구현해 세계 최고의 성능을 보여줬다.
ETRI는 2큐비트 및 4큐비트 양자얽힘 논문 발표 이후 8큐비트로 확장된 칩을 제작해 6큐비트 양자얽힘 현상도 이번에 확인했다. 연구진은 이번 8큐비트 생성 및 제어 양자칩을 개발해 6큐비트 양자얽힘 현상 확인 결과가 실리콘 기반 광기술(Si Photonics) 집적회로 기준으론 세계최초의 성과라는데 큰 의미가 있다고 말했다.
2. 연구 내용
연구진이 성과를 낸 광자기반 기술은 양자컴퓨터를 만드는 방법 중 가장 유력한 기술 중 하나다. 손톱만 한 크기의 실리콘 칩에 광자기반 양자 회로를 포함한 실리콘 포토닉스 양자 칩을 만들고, 여러 개의 양자 칩들을 네트워크로 연결해 범용 양자컴퓨팅을 구현하는 기술이다.
그림 1. 실리콘 포토닉스 4-큐비트 칩/패키지 사진 및 양자회로 개념도
특히 광자기반 양자컴퓨터는 빠른 속도, 상온 동작, 낮은 오류율, 확장성, 낮은 에너지 소비율 등의 장점이 있다. 양자 광원, 선형 광소자 및 단일광자 측정기 등을 활용, 광학 시스템에 인코딩된 양자정보를 조작, 측정한다. ETRI는 광자생성기, 위상변조기, 스위치 등 다양한 광학소자를 이번 새로 만든 칩에 만들어 넣어 빛의 경로를 조절하여 양자 간섭을 하도록 하였다. 이로써 컴퓨터의 기본적 역할인 정보전달 및 변환 수행이 가능케 된다.
3. 기대 효과
연구진은 향후 기술의 완성도를 높여 올해 중 16큐비트 칩 개발에 도전하고, 이후 32큐비트로 확장 개발, 양자 기계학습(ML)을 포함한 양자컴퓨팅 응용 연구에 이용할 계획이다.
ETRI 윤천주 양자기술연구본부장은 “향후 기술적 완성도를 제고해 양자컴퓨터를 통해 외국의 사례처럼 5년 내 클라우드 서비스를 계획 중이다. 실험실 규모라도 시스템이 돌아가도록 만들어 새로운 영역의 학문개척에 나설 방침이다”고 말했다.
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