ETRI, 양자컴퓨팅 8광자 큐비트 칩 최초 개발…"클라우드 서비스 계획"

한국전자통신연구원(ETRI) 연구진이 양자컴퓨팅 8광자 큐비트 칩 개발 관련 시연하고 있다. 한국전자통신연구원 제공

국내 연구진이 광자 방식의 8광자 큐비트(Qubit) 집적회로 칩을 세계 최초로 개발했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 실리콘 포토닉스 양자칩을 확장해 광자 8개를 제어할 수 있는 시스템을 완성, 광자들로 발생하는 양자 현상들을 실험하고 있다고 4일 밝혔다.

광자 기반 기술은 양자컴퓨터를 만드는 방법 중 유력한 기술 중 하나로, 손톱만 한 크기의 실리콘 칩에 광자 기반 양자 회로를 포함한 실로콘 포토닉스 양자 칩을 만들어 네트워크로 연결해 범용 양자컴퓨팅을 구현한다.

특히 광자 기반 양자컴퓨터는 빠른 속도, 상온 동작, 낮은 오류율, 확장성, 낮은 에너지 소비율 등의 장점이 있다.

양자 광원, 선형 광소자 및 단일광자 측정기 등을 활용해 광학 시스템에 인코딩된 양자정보를 조작, 측정한다.

연구팀은 광자생성기, 위상변조기, 스위치 등 다양한 광학소자를 새로 만든 칩에 만들어 넣고 빛의 경로를 조절해 양자 간섭을 하도록 했다.

이를 통해 컴퓨터 기본 역할인 정보전달 및 변환 수행이 가능하다.

칩 속에는 비선형 광자 쌍생성 소스 8개와 광 경로를 조절하는 광스위치가 40여 개 포함됐다. 이 중 20여 개는 양자 게이트 역할을 한다.

단일광자 검출기를 통해 양자 상태를 측정하는 양자컴퓨터의 기본 틀을 갖춘 것이다.

연구진은 5mm×5mm 크기의 4큐비트 집적회로를 만들어 광자 두 개를 더한 4개 광자의 경로가 얽히며 일어나는 현상을 논문으로 공개했다.

현재는 10mm×5mm 크기의 8큐비트 집적회로를 만들어 총 8개의 광자에서 발생하는 양자 현상들을 연구 중이다.

향후 16큐비트 칩 개발에 도전, 이후 32큐비트로 확장 개발하는 게 목표다.

윤천주 양자기술연구본부장은 "기술적 완성도를 높여 양자컴퓨터를 이용한 클라우드 서비스를 계획 중"이라며 "실험실 규모라도 시스템이 돌아가도록 해 새로운 영역의 학문 개척에 나설 방침"이라고 말했다.

이번 성과는 국제 학술지 '포토닉스 리서치'(Photonics Research)와 '에이피엘 포토닉스'(APL Photonics)에 각각 게재됐다.

한편 실리콘 포토닉스 양자 칩 연구는 ETRI 자체의 신개념연구사업(별칭묘목사업)인 실리콘 포토닉스 기반 양자컴퓨터 탐색 연구 및 한국연구재단의 양자컴퓨팅개발사업의 지원으로 연구개발 됐다.

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