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KIST-POSTECH, 양자 컴퓨터 기본 단위 큐비트의 기하학적 위상 발생 규명양자컴퓨터 구현까지 한 걸음씩... 지금은 간단한 논리연산 가능한 수준

조영욱 양자정보연구단 박사가 큐비트를 측정하고 있다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 조영욱 KIST 양자정보연구단 박사팀과 김윤호 POSTECH 교수 연구팀이 양자 컴퓨터의 기본 단위인 큐비트의 상태를 측정할 때 기하학적 위상이 발생한다는 사실을 규명했다고 16일 밝혔다.

기하학적 위상은 큐비트에 조작을 가하면 어떤 운동을 한 뒤 다시 기존의 출발했던 위치로 돌아왔을 때 그 과정을 기억하는 현상이다. 이 위상은 재료공학, 광학, 양자정보 등 여러 분야에서 광범위하게 도입되어 활용되고 있다. 특히, 응용범위가 양자컴퓨터 구현에 도움이 된다고 알려져 최근 관련 연구자들의 관심을 끌고 있다.

미래 기술인 양자컴퓨터는 양자역학의 원리를 이용해 슈퍼컴퓨터로 150년에 걸쳐 계산할 분량을 단 몇 분 만에 끝낼 수 있다. 다만, 양자컴퓨터 구현까지는 상당한 시간이 소요될 것으로 예상된다. 조영욱 KIST 박사는 "지금은 간단한 논리연산만 가능한 수준이다. 큐비트 개수를 늘리는 확대연구가 필요해 양자컴퓨터 구현까지는 오랜 시간이 필요할 것"이라고 말했다.

기하학적 위상을 설명하는 도식이다. 큐비트가 초기상태에서 변화과정을 통해 다시 되돌아 왔을때, 변화과정의 기하학적 궤적에 해당하는 양만큼의 위상을 얻는 데 이것을 기하학적 위상이라고 한다. 

양자컴퓨터는 양자역학의 기본원리에 의존하여 동작한다. 이를 구현하기 위해서는 양자역학계가 가지는 특성에 대한 근본적인 이해와 양자정보연산의 기본 단위인 큐비트에 대한 정밀한 조작과 측정기술이 필요하다.

조영욱 KIST 박사는 “이번 연구결과는 큐비트의 양자적 특성을 유지하는데 도움이 돼 향후 양자컴퓨팅 분야 등 양자정보처리연구에 기여할 것”이라고 밝혔다.

이 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 개방형 연구사업인 Joint Research Lab 연구, 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 일환으로 수행되어 3년간 진행됐다. 연구비는 매년 20억원이 소요됐다.

이 연구결과는 물리학 분야네이쳐 피직스(Nature Physics, IF: 22.61, JCR 분야 상위 1.92%)에 게재됐다.

■논문 제목

Emergence of the geometric phase from quantum measurement back-action

■공동 저자

조영욱 KIST 선임연구원, 김윤호 POSTECH 교수, 김요셉 POSTECH 박사과정

최민철 기자  snews@s-news.kr

<저작권자 © ScienceNews, 무단 전재 및 재배포 금지>

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