슈퍼컴 이용해 실리콘 기반 양자컴퓨터 실용화 가능성 입증

KISTI, 국제공동연구 참여 성과

아주경제 이한선 기자 = 국내연구진이 참여한 국제공동연구진이 슈퍼컴퓨터를 이용해 실리콘 기반 양자컴퓨터의 실용화 가능성을 입증했다.

한국과학기술정보연구원(KISTI)는 호주 뉴사우스웨일즈 대학교, 미국 퍼듀대학교와 구성한 국제 공동연구팀이 쉽게 구할 수 있는 실리콘 물질을 이용해 실리콘 기반의 양자컴퓨터 실용화 가능성을 세계 최초로 입증했다고 22일 밝혔다.

뉴사우스웨일즈 대학교에서 주사형 터널 현미경을 이용한 공정으로 소자를 제작하고 한국과학기술정보연구원과 퍼듀 대학교에서 계산을 통해 소자특성을 이론적으로 규명하는 방식으로 진행된 협동연구를 통해 연구팀은 실리콘을 기반으로 한 다중 큐비트 시스템 구현이 가능하다는 것을 입증하고 결과를 지난 14일(한국시간) 네이쳐지에 게재했다.

양자컴퓨터는 현존하는 컴퓨터보다 월등히 계산 성능이 뛰어난 것으로 알려져 있다.

인 원자를 집적한 실리콘 기반의 큐비트 시스템은 초저온에서 1018초 이상으로 정보유지 시간이 길어 다중 큐비트 기반의 확장성 있는 양자컴퓨터 개발에 매력적이라고 여겨져 왔으나 이론을 통해 입증된 실리콘-인 기반의 다중 큐비트 시스템 구현 사례는 아직 없었다.

공정을 통해 만들어진 소자의 특성 측정만으로는 동작의 타당성을 100% 증명하기 어려워 구현 가능성을 주장하기 위해서는 계산을 통한 증명이 필수적이다.

뉴사우스웨일즈 대학에서 만든 다중 큐비트 시스템의 동작 타당성을 검증하기 위해서는 물리적 의미를 가진 편미분 방정식을 행렬화시켜 풀어야 하는 가운데 행렬의 크기가 최대 3000만x3000만에 달해 슈퍼컴퓨터 활용이 불가피하고 가우시안 등 상용 소프트웨어(SW)로는 계산이 어려워 대용량 행렬을 병렬화해 계산할 수 있는 독자적인 SW 개발이 요구된다.

류훈 KISTI 박사는, 뉴사우스웨일즈 대학교에서 제작한 샘플의 성능 측정결과가 다중 큐비트 시스템으로서 적합하다는 사실을 슈퍼컴퓨터 기반의 계산을 통해 이론적으로 규명하고 계산을 가능하게 한 3차원 반도체 물질의 전자구조 계산 SW를 개발해 퍼듀 대학과의 협동 계산 연구 수행을 주도적으로 이끌었다.

이번 연구는 미래창조과학부가 지원하고 KISTI가 수행하는 첨단 사이언스․교육 허브 개발사업(EDISON)의 일환으로 추진된 차세대 반도체 소자 및 소재 특성 계산 SW 개발/활용 연구에 대한 국제협력으로 맺은 결실이다.

류훈 박사는 “현재 연구결과는 2~3개의 인 원자를 집적한 것으로 실리콘 기반의 양자컴퓨터 개발을 위한 기본단계”라며 “향후 더 많은 인 원자를 가진 큐빗 시스템의 성능을 계산해 실리콘 기반 양자컴퓨터의 확장성을 높이기 위한 설계의 가이드라인을 확보할 계획”이라고 밝혔다.

아직 만들어지지 않은 시스템의 특성을 계산을 통해 미리 연구하는 것은 실제 구현 과정에서 발생하는 시행착오를 줄이기 위해서다.

공정과 계산의 협동 연구를 통해 실리콘-인을 기반으로 한 양자컴퓨터가 실용화에 성공할 경우 현재 캐나다가 독주하고 있는 초전도체 기반의 양자컴퓨터에 맞서 학계 및 시장에 경쟁구도를 불러일켜 양자컴퓨터의 성능 개선 및 가격 완화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.