양자 오류 정정 기술 개발…결함허용 양자컴퓨팅 아키텍처 설계

이승우 KIST 박사팀, 오류정정 기법 등 연구
최대 14% 광손실 임계값 달성 가능
“현재 전 세계서 가장 높은 수치 임계값”

양자 오류정정 퓨전 기반 양자 컴퓨팅 구조. ⓒ 한국과학기술연구원

한국과학기술연구원(KIST)은 이승우 양자기술연구단 박사팀이 양자 오류정정 기술을 개발하고 이를 기반으로 결함허용 양자컴퓨팅 아키텍처를 설계했다고 29일 밝혔다.

연구팀은 기술을 활용하면 사이퀀텀(PsiQuantum)이 최근 개발한 양자 오류정정 기술 성능을 뛰어넘을 수 있다는 결과도 입증했다.

양자 오류정정이 수행되는 범용 양자컴퓨터의 성능은 최대 결함허용 임계값(Fault-tolerance threshold)으로 평가된다. 임계값은 양자컴퓨팅에서 발생하는 오류를 얼마나 잘 보정할 수 있는지를 나타내며 오류정정 기술과 아키텍처 설계가 우수할수록 높은 값을 가진다.

미국 양자 컴퓨터 개발 업체 사이퀀텀(PsiQuantum)은 광자의 얽힘 자원, 퓨전 기법과 오류정정 기술을 활용한 양자컴퓨팅 아키텍처를 제시하고 이를 기반으로 범용 양자컴퓨팅 하드웨어를 개발하고 있다. 사이퀀텀 방식의 최대 광손실 임계값은 2.7%로 보고됐다.

KIST 연구팀이 개발한 새로운 오류정정 기법과 양자컴퓨팅 아키텍처는 이보다 훨씬 뛰어난 성능을 보였다. KIST 기술은 최대 14% 광손실 임계값을 달성할 수 있으며, 이는 현재 전 세계에서 가장 높은 수치의 임계값이다.

또 KIST 오류정정 기법은 동일한 광자 소모량으로도 사이퀀텀 방식의 기술보다 훨씬 우수한 자원 효율성을 보였다.

이번 연구는 순수 국내 연구진이 이루어낸 성과로, 양자컴퓨팅 분야에서 후발주자인 우리나라가 세계 최고 수준의 핵심 기술을 개발했다는 중요한 의미가 있다.

특히 양자 오류정정 기술은 광자 기반뿐만 아니라 초전도, 이온덫, 중성원자 등을 활용한 양자컴퓨터 개발에서도 필수적인 요소로 전 세계적으로 연구개발 경쟁이 매우 치열한 분야이다.

이번 성과는 우리나라가 미국 등 양자 분야 선도 국가들의 기술을 따라잡고 나아가 앞설 가능성을 보여줬다. 국내외 특허 출원을 마친 이 성과를 적용하면 독자적인 범용 양자컴퓨팅 시스템을 구축하는 데 중요한 역할을 할 것으로 KIST 측은 기대하고 있다.

이승우 박사는 “반도체 칩 설계 기술과 마찬가지로 양자컴퓨팅도 아키텍처 설계가 중요하다”며 “1000개 큐비트가 있어도 오류정정이 수행되는 구조가 아니면 한 단위의 논리 큐비트 연산도 어렵다”고 설명했다.

이어 “양자컴퓨팅의 실용화는 아직 시간이 필요하지만, 그 시기를 조금 앞당기는 데 기여한 연구”라고 덧붙였다.