ETRI 연구진이 양자컴퓨팅 8광자 큐비트 칩 개발 관련 시연을 하고 있다.[ETRI 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 세계 최초로 빛 알갱이 즉, 광자(光子)방식 8광자 큐비트(Qubit) 집적회로 칩 개발에 성공했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 실리콘포토닉스 양자칩을 확장해 광자 8개를 제어할 수 있는 시스템을 완성하고 8개의 광자에 의해 발생하는 양자 현상들을 실험 중이라고 밝혔다.

광자기술을 적용해 시·공간 상에서 양자의 얽힘 구현을 가능케 만든 셈이다.

ETRI 연구진은 KAIST와 이탈리아 트렌토 대학과 협력해 광자 4개를 제어할 수 있는 4큐비트 실리콘 포토닉스 칩에서 2큐비트와 4큐비트 양자 얽힘을 구현해 세계 최고의 성능을 보여줬다.

ETRI는 2큐비트 및 4큐비트 양자얽힘 논문 발표 이후 8큐비트로 확장된 칩을 제작해 6큐비트 양자얽힘 현상도 이번에 확인했다.

연구진은 이번 8큐비트 생성 및 제어 양자칩을 개발해 6큐비트 양자얽힘 현상 확인 결과가 실리콘 기반 광기술(Si Photonics) 집적회로 기준으론 세계최초의 성과라는데 큰 의미가 있다고 설명했다.

특히 광자가 가는 길을 두 개로 나누어 위로 가면 0, 아래로 가면 1로 표현하는데, 4큐비트는 빛이 가는 길이 위와 아래를 합쳐 총 8개, 8큐비트는 16개인 셈이다.

연구진은 큐비트 간 양자적으로 서로 강하게 얽힌 상태를 칩 내에서 구현했다.

연구진이 성과를 낸 광자기반 기술은 양자컴퓨터를 만드는 방법 중 가장 유력한 기술 중 하나다.

손톱만 한 크기의 실리콘 칩에 광자기반 양자 회로를 포함한 실리콘 포토닉스 양자 칩을 만들고, 여러 개의 양자 칩들을 네트워크로 연결해 범용 양자컴퓨팅을 구현하는 기술이다.

특히 광자기반 양자컴퓨터는 빠른 속도, 상온 동작, 낮은 오류율, 확장성, 낮은 에너지 소비율 등의 장점이 있다.

양자 광원, 선형 광소자 및 단일광자 측정기 등을 활용, 광학 시스템에 인코딩된 양자정보를 조작, 측정한다.

ETRI는 광자생성기, 위상변조기, 스위치 등 다양한 광학소자를 이번 새로 만든 칩에 만들어 넣어 빛의 경로를 조절하여 양자 간섭을 하도록 했다.

ETRI 연구진이 양자컴퓨팅 8광자 큐비트 칩 개발 관련 시연을 하고 있다.[ETRI 제공]

이로써 컴퓨터의 기본적 역할인 정보전달 및 변환 수행이 가능케 된다.

연구진은 향후 기술의 완성도를 높여 올해 중 16큐비트 칩 개발에 도전하고, 이후 32큐비트로 확장 개발, 양자 기계학습을 포함한 양자컴퓨팅 응용 연구에 이용할 계획이다.

윤천주 ETRI 양자기술연구본부장은 “향후 기술적 완성도를 제고해 양자컴퓨터를 통해 외국의 사례처럼 5년 내 클라우드 서비스를 계획 중”이라며 “실험실 규모라도 시스템이 돌아가도록 만들어 새로운 영역의 학문개척에 나설 방침”이라고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘포토닉스 리서치’와 ‘에이피엘 포토닉스’에 각각 게재됐다.