양자컴퓨터 최대 규모…6100 양자비트 어레이 구축 성공했다

실용적인 양자컴퓨터를 실현하기 위해서는 오류 내성을 위해 100만 개 규모 양자비트가 필요한 것으로 알려져 있다. 지금까지 양자비트 어레이는 수백 개 수준에 머물러 있었지만 캘리포니아 공과대학 연구팀이 6,100개에 이르는 양자비트 어레이 구축에 성공했다고 밝혔다.

일반 컴퓨터가 다루는 비트가 0 또는 1 중 하나의 상태인 반면 양자컴퓨터 양자비트는 중첩을 통해 동시에 0이면서 1이기도 한 2가지 상태가 존재할 수 있다.

이 중첩 덕분에 양자컴퓨터는 고전 컴퓨터로는 어려운 복잡한 계산을 수행할 가능성을 지니고 있지만 한편으로 중첩은 매우 섬세한 상태로 노이즈 등 영향을 받아 디코히어런스에 빠질 수 있다는 점이 지적되고 있다. 이 때문에 오류를 얼마나 줄일 수 있는지가 큰 과제가 되고 있으며 실용적인 오류 내성을 갖추려면 수십만에서 100만 개 규모 양자비트가 필요한 것으로 여겨진다.

이런 구상 첫걸음으로 캘리포니아 공과대학 연구팀은 레이저로 격자 형태로 가둔 중성 원자 양자비트 6,100개로 구성된 양자비트 어레이 구축에 성공했다.

전문가에 따르면 양자컴퓨터는 크게 양자 어닐링 방식과 양자 게이트 방식으로 나뉘며 양자비트를 구성하는 물리계로 분류하면 초전도 방식, 양자점 방식, 광 방식, 중성 원자 방식, 이온 트랩 방식 5가지가 활발히 개발되고 있다고 한다.

이번에 캘리포니아 공과대학 연구팀은 광 핀셋이라 불리는 고집속 레이저 빔을 사용해 세슘 원자 수천 개를 격자 형태로 포획했다. 원자 배열을 구축하기 위해 레이저 빔은 핀셋 1만 2,000개로 분할됐으며 진공 용기 내에서 원자 6100개를 유지하는 데 성공했다.

큰 성과 중 하나는 대규모화했음에도 품질이 희생되지 않았다는 것. 이번 연구에서 연구팀은 양자비트 6100개를 13초 동안 중첩 상태를 유지한 채로 보존했다. 13초는 유사한 기존 어레이에 비해 10배 긴 시간이다. 또 개별 양자비트를 99.98%의 정밀도로 조작하는 데도 성공했다.

연구팀은 원자 수를 늘리는 대규모화는 정밀도를 희생시킨다고 여겨지기 쉽지만 이번 결과는 대규모화와 정밀도 양립이 가능함을 보여준다며 양자비트는 품질이 동반되지 않으면 의미가 없다며 이제 양과 질, 둘 다를 손에 넣었다고 말했다. 또 중성 원자 방식 양자 컴퓨팅에 있어 획기적인 순간이라며 대규모 오류 내성 양자컴퓨터로 가는 길이 보이기 시작했으며 기반이 되는 요소가 갖춰졌다고 밝혔다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.