Chapter 01 '양자'가 'ICT기술'을 만나면

한 번쯤은 들어봤을 법한 양자. 더 이상 나눌 수 없는 에너지 최소량의 단위를 의미하는데요. 국내를 비롯한 전 세계에서 양자과학기술이 미래를 바꿀 게임체인저로 지목되는 이유는 단순합니다. 미시 세계 속 존재하는 양자가 가진 고유한 특성 때문. 중첩, 얽힘, 비가역성(복제 불가), 불확정성과 같은 특별한 양자 물리적 특성은 연산, 보안, 계측 등 여러 분야의 기술적 한계를 극복해줄 것으로 보이는데요.

양자컴퓨터로 가볍게 예를 들어보겠습니다. 기존 컴퓨터는 0 또는 1 하나의 상태에 따라 비트(bit) 단위로 연산을 수행하는데요. 중첩이라는 특별한 성질이 더해진 양자컴퓨터의 연산 수행 과정은 다릅니다. 0과 1의 상태를 동시에 가지며, 큐비트(qubit)라 불리는 정보 단위를 사용하죠. 여기서 여러 큐비트가 얽힘 상태로 강력하게 연결되면, 수많은 경우의 수를 고려해 병렬적으로 연산을 수행할 수 있게 됩니다. 모든 것이 디지털화 되어가는 대전환 시대, 일상에서 빼놓을 수 없는 ICT 기술(컴퓨팅, 통신, 센서 등)과 양자의 만남은 이미 시작되었습니다.

대한민국 관계부처합동, 「퀀텀 이니셔티브(안)」(2024.4.25.)

Chapter 03 양자에서 찾은 새로운 실마리

연구성과 1. 암흑 상태에서 찾은 양자의 미래

#불안정성 #암흑상태

양자 컴퓨터는 외부 환경의 방해에 쉽게 교란되어 시스템에 오류를 일으킬 수도 있다는 불안 요소가 존재합니다. 이런 배경 아래 미국 로체스터 대학의 연구진은 ‘핵스핀 암흑 상태’에 집중해 양자 상태의 불안정성을 줄일 수 있는 획기적 방법을 고안했습니다.   물리학 분야 저널 ‘Nature Physics’에 게재된 연구의 핵심은 ‘암흑 상태’. 핵스핀 암흑 상태란 본질적으로 원자핵이 외부 세계로부터 ‘숨겨지는’ 특수한 양자 상태를 말하는데요. 원자핵의 미세한 자기적 특성(스핀)이 정렬되어 다른 전자를 방해하지 않습니다. 즉, 핵과 전자의 스핀 간 상호작용을 크게 줄여 안정적 상태를 유지하게 하죠. 훗날 이 상태를 양자 장치에 도입할 경우 더 정확한 계산은 물론 장기 정보를 저장하는 데 기여할 것으로 보이는데요. 양자 연구의 청사진을 그릴 결정적 단서를 제공했다는 측면에서 큰 의의가 있습니다.

연구성과 2. 양자, 어디까지 빨라지는 거예요?

#빛 #양자컴퓨팅

일본 도쿄대학교, NTT*, 이화학연구소(RIKEN) 공동 연구팀이 빛을 이용해 기존보다 1,000배 빠른 양자컴퓨팅 기술을 개발했다는 소식입니다. 이번 성과는 광학 분야 국제 학술지 ‘Nature Photonics’에 게재되며, 연구계의 이목을 끌었는데요. 먼저 두 종류의 빛을 양자얽힘이라는 특성을 이용해 특수한 상관관계를 가지도록 만듭니다. NTT가 개발한 장치를 이용해 빠르게 양자 얽힘 상태를 만들고, 계산에 활용하죠. 여기에 도쿄대 연구팀이 개발한 양자의 특정 상태만을 증폭해 검출할 수 있는 장치를 더하면 기존 컴퓨터를 뛰어넘는 속도인 양자 얽힘 상태의 빛을 생성할 수 있는 것. 특히 극저온이 필요한 다른 방식과 달리 실온에서도 동작할 수 있다는 특장점이 있다고 하네요. 일본전신전화주식회사(Nippon Telegraph and Telephone Corporation), 일본 통신 산업을 주관하는 기업