양자 시뮬레이터 확장 광학 칩 개발

덴마크 과학자들은 양자 시뮬레이터(quantum simulator) 구축에 사용할 광학 칩을 개발했다.

광 기반 양자 컴퓨터의 가장 큰 장점은 통신 산업을 위해 개발된 고급 포토닉 칩의 가용성으로 인해 기술이 이미 많은 큐비트까지 확장할 수 있다는 것이다. 광자 큐비트를 생성하는 데 있어 주요 과제는 충분히 높은 품질로 수행하는 것이었다. 이 분야가 코펜하겐 대학(University of Copenhagen) 연구원들이 돌파구를 마련한 분야다.

코펜하겐 대학의 닐스 보어 연구소(Niels Bohr Institute) 연구진은 보훔 대학과 협력해 “주요 돌파구”라고 부르는 세계 최초의 양자 컴퓨터를 만들기 위해 구글(Google)에 합류해왔다.

하이브리드 양자 네트워크(Hy-Q) 센터 책임자 피터 로달(Peter Lodahl) 교수는 “이제 우리는 고전적인 컴퓨터를 능가할 수 있는 양자 시뮬레이터를 구축할 수 있는 도구를 보유하고 있다. 이것은 양자 물리학에서 미지의 영역으로 들어가는 주요 돌파구이자 첫 번째 단계”라고 말했다.

연구진은 머리카락 두께의 10 분의 1도 안되는 나노 칩을 개발했다. 이 칩을 사용하면 양자 정보로 인코딩된 광자, 즉 안정된 빛 입자를 생성해 기술을 실용 수준으로 확장할 수 있다. ‘양자 이점(quantum advantage)’은 양자 장치가 세계에서 가장 강력한 슈퍼 컴퓨터보다 빠른 계산 작업이 가능한 능력 수준을 말한다.

연구원들이 실제 ‘양자 이점’ 실험을 아직 수행하지 않았지만 이번에 개발한 칩은 이미 입증된 기술로 ‘양자 이점’에 도달하는 데 사용할 수 있는 양자 머신 자원을 생산한다는 것을 증명했다.

이 상태를 달성하려면 대학 자체를 훨씬 뛰어넘는 포괄적 실험 설정에서 약 50개의 양자 비트, 큐비트를 제어할 수 있어야 한다.

연구의 주 저자 라비테 업푸(Ravitej Uppu) 조교수는 “구글이 초전도 큐비트를 사용하여 수행 한 것처럼 50 개의 광자를 동시에 제어하는 ​​실제 실험을 수행하는 데 천만 유로가 소요될 수 있다. 우리는 이를 감당할 수 없다. 우리가 할 수 있는 것은 광자 소스를 개발하는 것이다. 우리는 ‘양자 이점’을 달성하는 데 사용될 수 있음을 증명, 기본적인 빌딩 블록을 개발했다”고 설명했다.

연구팀은 광자 소스를 사용하여 신약 개발에 사용될 수 있는 복잡한 생화학 문제를 해결하기 위해 새롭고 고급 양자 시뮬레이터를 개발해 왔다.

피터 로달은 “덴마크와 유럽은 양자 광학 연구 분야에서 자랑스러운 전통을 가지고 있으며 동시에 강력한 통신 산업 및 인프라를 보유하고 있다. 광 양자 컴퓨터에 전념하는 대규모 이니셔티브에 이러한 강점을 결합하는 것은 정말 흥미로울 것이다. 기본적인 양자 물리학에서 새로운 기술 응용에 이르기까지 모든 과정을 확장하는 프로세스의 일부가 될 것”이라고 말했다.

연구 결과는 9일(현지시각) 과학 저널 ‘Science Advances’에 실렸다.

*”Scalable integrated single-photon source” Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.abc8268