재미 한국인 과학자들, 양자컴퓨터 성능 측정방법 찾았다

IBM이 개발한 양자 컴퓨터. 양자 컴퓨터는 현존하는 디지털 컴퓨터보다 우월한 성능을 보이면서 구글 등 글로벌 기업들이 개발 경쟁에 뛰어들었다. IBM 제공

미국에서 연구 활동을 하고 있는 한국인 물리학자들이 양자정보기술을 진화시킬 수 있는 중요한 연구 성과를 발표해 과학계의 이목을 끌고 있다. 향후 양자 컴퓨터가 널리 쓰이게 됐을 때 성능을 객관적으로 측정할 방법을 세계에서 처음으로 고안한 것이다.

미국 메사추세츠공대(MIT) 최순원 교수와 캘리포니아공대 마누엘 엔드레스 교수가 공동 교신저자를 맡은 연구진은 지난 19일 국제학술지 ‘네이처’에 양자컴퓨터의 정확도와 신뢰성을 검증할 수 있는 새로운 연구 성과를 공개했다.

논문의 공동 제1저자에는 연구 당시 캘리포니아공대 박사후연구원이던 최준희 현 스탠퍼드대 교수가 이름을 올렸다. 최순원 교수는 캘리포니아공대 김은종 박사가 포함된 또 다른 연구진과 국제학술지 ‘사이언스’에도 논문을 발표했다.

네이처 논문의 연구자들은 양자역학에서 나타나는 무작위성 속에서 일정한 패턴을 찾은 뒤 이를 역으로 이용해 양자컴퓨터의 정확도와 신뢰성을 검증하는 방법을 개발했다. 양자컴퓨터는 현재 일반적으로 사용하는 디지털 컴퓨터와 달리 ‘큐비트’라는 개념을 사용한다.

디지털 컴퓨터는 정보를 0과 1 가운데 하나만 선택해 표시하는데, 양자 컴퓨터는 큐비트라는 현상을 이용해 0과 1을 겹쳐서 표현할 수 있다. 큐비트가 많아지만 연산력이 늘지만 복잡성도 증가해 양자 컴퓨터의 성능을 정확히 측정하기가 어려워진다.

연구진은 양자 현상을 예측해 구현하는 ‘양자 시뮬레이터’를 만든 뒤 실제로 측정된 양자의 무작위성이 예측된 수치와 얼마나 일치하는지 비교하는 방법을 사용해 성능을 측정하는 방법을 개발했다.

‘사이언스’에 논문을 낸 연구진은 빛의 파장보다 작은 특수한 물질들을 배열해 만든 ‘광메타물질’이라는 신개념을 제시했다. 이를 활용해 양자 시뮬레이터의 성능을 끌어올릴 수 있는 길을 열었다고 연구진은 설명했다.

최순원 교수는 대전과학고를 조기 졸업하고 2012년 캘리포니아공대 물리학과를 수석 졸업했다. 하버드대에서 물리학 박사학위를 받고 MIT 교수로 재직 중이다. 최준희 교수는 한성과학고를 조기 졸업하고 카이스트(KAIST) 기계공학과를 2008년에 수석 졸업한 뒤 하버드대에서 물리학 박사를 받았다. 현재는 스탠퍼드대 전기공학부 교수다.

이정호 기자 run@kyunghyang.com