오류 정정 효율 3배 높인 양자컴퓨팅 방법 개발

서울대 연구팀이 개발한 양자컴퓨팅 방법을 도식화한 모습. /서울대

국내 연구진이 오류 정정 효율을 극대화한 광자 양자컴퓨팅 방법을 찾아냈다.

정현석 서울대 물리천문학부 교수 연구팀은 24일 자원을 적게 쓰면서도 오류에 높은 내성을 가지는 측정기반 양자컴퓨팅 방법을 설계하는 데 성공했다고 밝혔다.

양자컴퓨터는 얽힘과 중첩 같은 양자 고유의 특성을 활용해 기존 컴퓨터의 한계를 뛰어넘는 기술이다. 양자의 중첩 현상을 이용하면 기존 슈퍼컴퓨터와 비교할 수 없이 뛰어난 성능을 낼 수 있다. 하지만 100~1000번의 연산당 1번의 오류를 내는 문제가 있다. 양자컴퓨터의 기본 단위인 큐비트를 높일수록 오류가 발생할 확률도 높아진다. 이 때문에 양자컴퓨팅의 오류를 줄이는 기술이 관건이 되고 있다.

정현석 교수 연구팀은 측정기반 양자컴퓨팅 프로토콜을 새로운 방법으로 제안했다. 여러 개의 큐비트들로 구성된 얽힘 상태를 ‘그래프 상태’라고 부르는데, 이런 그래프 상태를 만든 뒤에 개별 큐비트들에 측정을 가함으로써 양자컴퓨팅을 수행하는 걸 측정기반 양자컴퓨팅이라고 한다.

연구팀의 핵심 아이디어는 여러 개의 광자가 최대로 얽혀 있는 다(多)광자 상태를 하나의 큐비트로 구성하는 인코딩 방법을 사용하는 것이다. 다광자 큐비트들을 연결해나가는 방식으로 그래프 상태를 만들면 투입되는 자원의 양을 최적화하고 오류에 대한 높은 내성을 얻어낼 수 있다는 것이다.

이런 방식을 적용하자 하나의 물리적 큐비트당 약 8.5%의 오류 허용 임곗값에 도달했다고 연구팀은 설명했다. 같은 조건에서 기존에 예상되던 오류 허용 임곗값을 3배 이상 끌어올린 것이다. 연구팀은 양자컴퓨팅을 실현하기 위한 기술적 진입장벽을 크게 낮춘 것이라고 설명했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지인 ‘npj 퀀텀 인포메이션(npj Quantum Information)’에 게재될 예정이다.

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