수출 통제하는 전략물자 '양자컴 신호증폭기' 국내 독자 개발 쾌거

성균관대

성균관대 연구진이 개발한 투파(TWPA) 패키지(왼쪽)와 TWPA 칩. 성균관대 제공

미래 전략기술인 양자컴퓨터의 핵심부품을 국내 연구팀이 독자 개발하는 데 성공했다. 칩 설계부터 제작, 패키징, 평가분석까지 성균관대 자체 기술로 진행됐다.

성균관대는 정연욱 양자정보공학과 교수팀이 양자컴퓨터의 핵심부품이자 수출통제 품목인 진행파 파라메트릭 증폭기(투파, TWPA)를 독자 개발했다고 25일 밝혔다. 현재 샘플을 국내외 연구자들에게 배포하고 성능을 검증하고 있다.

양자컴퓨터는 기존 고전컴퓨터(슈퍼컴퓨터)로는 계산이 너무 오래 걸려 사실상 해결이 불가능한 유형의 문제를 풀 수 있다. 물질의 양자 상태를 활용한 정보처리 단위인 '큐비트(qubit)'를 안정적으로, 많이 구현하는 것이 과제다. 큐비트는 초전도 전자회로나 원자, 이온 등 물리적 형태가 다양하다. 

그중에서도 초전도 전자회로 기반 양자컴퓨터는 구글, IBM 등 글로벌 대기업이 주로 채택한 선도적인 방식으로 꼽힌다.

큐비트에서 발생하는 양자 신호는 매우 약하기 때문에 이를 오류 없이 읽어내려면 정밀한 신호증폭기가 필요하다. 투파는 양자컴퓨터 작동에 필수적인 부품으로 잡음이 거의 없이 신호를 증폭한다.

미국, 유럽, 캐나다, 영국 등 양자기술 선도 국가들은 2024년부터 양자기술과 양자컴퓨터 부품에 대한 명시적 수출 통제를 시행하고 있다. 투파는 대표적인 수출 통제 품목으로 기술 구현 난도가 높아 일부 국가에서만 제작기술을 보유하고 있으며 전략 물자로 분류된다.

성균관대 연구진이 자체 개발한 투파 소자로 시험을 수행하고 있다. 성균관대 제공

성균관대 연구팀은 자체 기술로 증폭률과 두파수 대역폭, 손실률 등의 성능 항목에서 세계 최고 수준의 투파를 구현하고 양산과 패키징까지 전주기 기술을 확보했다.

연구를 주도한 김영두 성균관대 연구원은 "초전도 큐비트와 양자프로세서(QPU)를 위한 칩 공정과 극저온 마이크로파 패키징을 수년간 꾸준히 개발하고 연구해 온 결과"라며 "설계부터 칩 제작까지 매우 빠른 속도로 이루어진 것은 성균관대의 역량인 동시에 한국의 축적된 반도체 기술 덕분"이라고 밝혔다.

정 교수는 "이번 성과는 양자기술이 빠르게 산업화되는 시점에 양자컴퓨터 핵심부품 기술을 자체 확보했다는 점, 전략부품에 대한 수출 통제에 대응할 수 있도록 최첨단 양자칩 전과정을 순수 국내 기술로 개발했다는 점, 상용화를 위한 수율과 양산성을 확보했다는 점 등에서 국내 양자 소재·부품·장비(소부장)의 전기를 마련한 계기라고 본다"고 말했다.

연구팀은 이번 연구개발 성과를 산업체에 기술이전 또는 창업을 통해 상용화할 계획이다.

왼쪽부터 정연욱 성균관대 양자정보공학과 교수, 김영두, 고영우, 박종원 연구원. 성균관대 제공

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]