양자 컴퓨팅(Quantum computing)은 혁신적이고 무한한 잠재력을 가지고 있지만 현재로서는 많은 한계가 있다. 실용적이고 저렴하며 현실적인 방식으로 양자 컴퓨팅을 활용할 수 있을지 여부는 확실치 않았다.

현재 양자 컴퓨터는 엄밀히 말하면, 미래 언젠가 나올 양자 컴퓨터의 축소된 프로토타입 버전이다. 정교한 도구들, 소재, 공학, 극저온 유지 등을 요구한다.

미국 시카고대학(University of Chicago) 새 연구 결과에 따르면 잠재적으로 여전히 불확실성이 많은 양자물리 영역의 양자상태(Quantum States)를 기존 전자기기에서 구현 가능하다.

과학자들이 수행한 최근 두 연구는 양자 기술이 일상 전자 장치에서 어떻게 작동하는지, LED 조명에서 망원경에 이르기까지 이미 사용되는 실리콘 카바이드(silicon carbide) 장치를 사용해 양자 정보를 전송하는 방법을 제시했다.

시카고대 분자 엔지니어 데이비드 오스찰롬(David Awschalom)은“상업용 전자 제품에서 고성능 양자 비트를 생성하고 제어하는 능력은 놀라운 일”이라며 “아마도 기존 전자 장치를 사용해 양자 장치를 만드는 방법을 찾을 수 있을 것”이라고 말했다.

사이언스(Science) 저널 논문에서 과학자들은 단일 파장의 빛을 방출하는 탄화 규소에서 양자 상태를 생성, 통신대역 근처의 파장을 만들었다. 즉, 현재 네트워크 인프라가 양자 정보를 전달하기 위해 너무 많은 조정이 필요하지 않을 수도 있다.

논문에 따르면 탄화 규소의 스핀 결함은 대 반도체 제조에 적합한 재료에서 근적외선 스핀-광자 인터페이스와 결합된 탁월한 전자 스핀 결맞음의 이점을 갖는다. 이러한 장점을 활용한 장치는 결정성 전하 상태 제어 및 850 기가헤르츠(gigahertz)를 초과하는 광범위한 스타크-시프트(Stark-shift) 튜닝을 가능하게 한다. 전하 고갈로 인해 광 폭(optical linewidths)이 50배 이상 좁아져 수명 한계에 근접함을 알 수 있다. 이 결과는 고전적 반도체 장치를 사용해 확장 가능한 스핀 기반 양자 시스템을 제어하면서 전기 환경을 엔지니어링해 스펙트럼 확산의 유비쿼터스 문제를 완화하는 방법을 보여준다.

첫 번째 연구에서 과학자들은 높은 수준의 제어를 통해 장거리에 양자 정보를 전송할 수 있는 ‘양자 FM 라디오’를 만들었다.

이 팀은 다이오드라는 기본 전자 소자를 사용해 잡음을 제거하고 양자 신호를 거의 완벽하게 안정적으로 만들었다. 현재 양자 컴퓨팅의 주요 문제 중 하나를 해결한 이 다이오드는 양자 실험 과정에서 사용되는 레이저에 의해 여기 된 전자를 위한 단방향 스위치의 역할을 한다. 시스템에서 전자를 효과적으로 제거하고 소음을 줄인다.

이러한 진보는 고전 시스템을 통한 퀀텀 컴퓨팅이 언젠가 현실이 될 것이라는 희망을 준다.

한편, 9월 과학자들은 실온에서 작동할 수 있는 양자 컴퓨터에 접근하는 방법을 제시했다. 고전적인 컴퓨터 수정 버전의 구성 요소를 사용했기 때문에 관련 연구분야가 추진력을 얻고 있다.

오스차롬은“이 연구는 전세계 광 통신 네트워크에 양자 정보를 저장하고 분배할 수 있는 시스템의 실현에 한 걸음 더 다가섰다”며 “이러한 양자 네트워크는 해킹할 수 없는 통신 채널 생성, 단일 전자 상태의 순간 이동 및 양자 인터넷 실현을 가능하게 하는 새로운 종류의 기술을 제공 할 것”이라고 말했다.

관련 연구는 사이언스 어드벤스(Science Advances) 저널에 발표됐다.