한국과학기술원(KAIST·총장 이광형) 연구팀이 복잡한 다중 광학모드 양자 연산을 컴퓨터 단층촬영(CT)처럼 훤하게 볼 수 있는 기술을 세계 최초 개발했다. 적은 데이터로도 대규모 연산을 분석할 수 있어, 차세대 양자컴퓨팅과 양자통신 기술 발전에 중요 전환점을 마련했다.
KAIST는 라영식 물리학과 교수팀이 빛을 이용해 연산하는 양자컴퓨터 내부 다중 광학모드 양자연산 특성을 빠르고 정확하게 파악할 수 있는 양자연산 토모그래피 기술을 개발했다고 17일 밝혔다.
토모그래피는 의료용 CT처럼 보이지 않는 내부 구조를 다양한 데이터를 바탕으로 복원하는 기술이다. 여러 실험 데이터를 이용해 양자연산 내부 작동 원리를 재구성하는 기술이 필수다.
다만 큐빗이나 광학 모드 수가 늘어날수록 토모그래피 필요 작업량이 기하급수적으로 증가해, 기존 기술로는 5개 이상 광학 모드 분석도 어려웠는데, 연구팀이 이를 해결한 것이다.
연구팀은 양자연산이 어떻게 작동하는지 알아내기 위해 여러 종류 '빛 신호(양자상태)'를 입력하고, 그 결과가 어떻게 바뀌었는지 정밀하게 관찰했다. 그리고 이렇게 모은 데이터를 가장 정확한 방식으로 설명해주는 통계 기법(최대우도추정)을 이용해 '실제로 내부에서 어떤 연산이 일어났는지'를 역으로 추적했다.
이에 이번 기술은 필요한 계산량을 크게 줄여, 세계 최초로 무려 16개 광학 모드가 서로 얽혀 작동하는 대규모 양자연산을 실험적으로 규명했다.
라영식 교수는 “이번 연구는 양자컴퓨팅 필수 기반기술인 양자연산 토모그래피 효율을 획기적으로 높인 성과”라며, “확보한 기술은 향후 양자컴퓨팅·양자통신·양자센싱 등 다양한 양자기술 확장성·신뢰성을 높이는 데 크게 기여할 것”이라고 말했다.
한편 곽근희 물리학과 석박사통합과정 학생이 제1 저자로 참여하고 노찬 박사후연구원, 윤영도 석박사통합과정 학생, 김명식 임페리얼 칼리지 런던 교수가 공동 저자로 참여한 이번 연구는 네이처 포토닉스에 11월 11일 온라인판 출판됐다. 이번 연구는 한국연구재단과 정보통신기획평가원(IITP), 미국 공군연구소 지원을 받아 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
