▲ 류훈 KISTI 박사는 UNSW의 샘플이 다중 큐비트시스템에 적합하다는 사실을 슈퍼컴퓨터를 이용해 이론적으로 규명했다..

국내 연구진이 슈퍼컴퓨터로도 계산이 어려운 양자상태를 결정할 sw를 개발해 양자컴퓨터의 실용화가 현실에 가까워졌다.

한국과학기술정보연구원(원장 박영서, KISTI), 호주 뉴사우스웨일즈대학교(UNSW), 미국 퍼듀대학교(Purdue University)로 구성된 국제 공동연구팀이 ‘실리콘 양자컴퓨터 실용화 가능성’을 세계 최초로 입증했다.

이번 협동연구는 UNSW(University of New South Weles)에서 주사형 터널 현미경(STM)을 이용해 소자를 제작하고, KISTI와 퍼듀대학교에서 계산해 소자특성을 이론적으로 규명했다.

양자컴퓨터는 현존하는 컴퓨터보다 연산능력이 월등히 뛰어나다. 인(P)과 실리콘(Si)이 집적된 큐비트시스템은 초저온에서 10^18(초) 이상의 정보유지 시간을 가져 확장성 있는(Scalable) 양자컴퓨터 개발에 적합하다.

실리콘-인 다중 큐비트시스템이 적용된 양자컴퓨터는 이론적으로 입증됐지만 실제 구현된 사례는 없었다. 여기서 큐비트(Qubit)는 비트와 같은 정보의 기본단위로 0과 1의 두 값을 동시에 가질 수 있는 ‘중첩 상태’에서 여러 개의 연산을 동시에 수행할 수 있다.

양자컴퓨터가 정상 작동을 하고 있다는 것을 증명하기 위해서는 실제로 구현도 가능해야 하고, 양자의 상태를 정확히 파악할 수 있어야 한다. UNSW에서 제작한 시스템의 동작타당성 검증을 위해서는 슈뢰딩거 방정식과 푸아송 방정식 3,000만x3,000만에 달하는 행렬로 풀어내야 했다.

류훈 KISTI 박사는 이 타당성 검증을 슈퍼컴퓨터를 이용해 규명했다. 슈퍼컴퓨터로도 계산이 어려운 행렬을 풀어 내기 위해 3차원 반도체 물질을 시뮬레이션해서 전자구조, 즉 양자의 상태를 확인할 수 있는 SW를 개발한 것이다.

퍼듀 대학과 협동 연구성과에 대해 류훈 박사는 “현재는 2~3개의 인(P)을 집적한 실리콘 양자컴퓨터 개발을 위한 기본단계”라며 “향후 더 많은 인 원자를 가진 큐비트시스템의 성능을 계산해, 실리콘 양자컴퓨터의 확장성을 높이기 위한 설계도를 확보할 계획”이라고 밝혔다.

실리콘-인 양자컴퓨터가 실용화에 성공할 경우, 현재 캐나다가 독주하고 있는 초전도체 양자컴퓨터에 맞서 학계 및 시장에 경쟁구도를 불러일으킴으로써 양자컴퓨터의 성능 개선 및 가격 완화에 크게 기여할 수 있을 것으로 예측되고 있다.