옥스퍼드대 과학자들, 분산형 양자 컴퓨팅 구현 성공

대규모 양자 컴퓨터 시대 열리나

 

▶ 영국 옥스퍼드대 물리학과 연구진이 세계 최초로 분산형 양자 컴퓨팅(distrbuted quantum computing)을 구현하는 데 성공했음. 이는 서로 다른 양자 프로세서를 광학 네트워크로 연결해 하나의 통합된 양자 컴퓨터처럼 작동할 수 있도록 만든 것으로, 대규모 양자 컴퓨터 구축을 위한 돌파구가 될 전망임

 

▶ 이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처(Nature) 2월 5일자에 게재됨

 

▶ 기존 양자 컴퓨터의 큰 한계 중 하나는 확장성(scalability) 문제임. 실용적인 양자 컴퓨팅을 위해서는 수백만 개의 큐비트(qubit)를 다루어야 하지만, 이를 한 기기에 모두 집약하는 것은 현실적으로 어렵기 때문임. 이번 연구는 여러 개의 작은 양자 프로세서를 광학 네트워크 연결 방식으로 집약함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있음을 입증했음

 

▶ 연구진은 개별 양자 프로세서를 광섬유 기반의 optical link로 연결하고 이를 통해 양자 상태를 원격 전송하는 양자 텔레포테이션(quantum teleportation) 기술을 활용해 논리 게이트를 구현했음. 이는 곧 분산된 개별 양자 프로세서들이 하나의 거대한 양자 컴퓨터처럼 작동할 수 있음을 의미함

 

▶ 이번 연구의 핵심 기술 중 하나는 광자 링크를 이용한 양자 얽힘(quantum entanglement)임. 연구진은 trapped-ion qubit를 사용해 개별 프로세서 간 얽힘 상태를 형성하고, 이를 통해 광학 신호로 데이터를 전달했음. 이 방식은 전기적 신호 대신 광자를 활용해 데이터 전송 속도를 높이고, 보다 안정적인 양자 연산을 가능하게 함

 

▶ 특히 이번 연구는 양자 상태를 단순히 원격 전송하는 것이 아니라, 논리 게이트 자체를 양자 텔레포테이션 방식으로 구현한 첫 사례라는 점에서 의미가 큼. 이는 향후 원거리에서도 안정적인 양자 연산이 가능할 뿐만 아니라, 강력한 보안성을 갖춘 Quantum Internet 구축의 초석이 될 것으로 기대됨

 

▶ 이번 연구에서 구현한 분산형 양자 컴퓨팅 개념은 기존의 슈퍼컴퓨터 구조와 유사함. 오늘날 슈퍼컴퓨터는 다수의 개별 프로세서를 연결해 연산 능력을 극대화하는 방식으로 작동하는데, 동일 개념을 이번 연구의 양자 컴퓨팅에 적용한 것임

 

▶ 연구진은 이를 통해 대표적인 양자 알고리즘인 그로버(Grover) 탐색 알고리즘을 성공적으로 실행했음. 이 알고리즘은 비구조화된 데이터에서 특정 항목 검색 속도를 획기적으로 단축하는 기술로, 기존 컴퓨터보다 월등한 연산 성능을 보였음. 이는 분산형 양자 컴퓨팅 방식이 기존 단일 양자 컴퓨터보다 더욱 강력한 성능을 발휘할 수 있음을 실증한 결과임

 

▶ 연구를 주도한 옥스퍼드대 물리학과의 Dougal Main 박사는 “이번 연구를 통해 분산형 양자 정보 처리가 현재 기술로도 가능하다는 것을 입증했다”고 강조하면서, 향후 대규모 양자 컴퓨터로 확장하기 위해서는 새로운 물리학적 연구과 공학적 혁신이 추가로 진행되어야 할 것이라고 설명함

 

▶ 이번 연구 성과는 대규모 양자 컴퓨팅을 실현하기 위한 중요한 전환점이 될 것으로 기대됨. 특히 우리나라에서도 양자 기술 연구개발에 대한 중요도와 관심이 급증하는 가운데, 이번 연구 결과는 국내 과학기술 정책 방향 설정에 중요한 시사점을 제공할 수 있을 것으로 전망됨

 

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