▲ 류훈 선임연구원

지금보다 계산 능력이 훨씬 월등한 이른바 '양자컴퓨터 시대'가 앞당겨질 전망이다.

한국과학기술정보연구원(KISTI)은 뉴사우스웨일즈대(호주), 퍼듀대(미국)로 구성된 공동연구팀이 쉽게 구할 수 있는 실리콘 물질을 이용해 '실리콘 기반의 양자컴퓨터 실용화 가능성'을 세계 최초로 입증했다고 22일 밝혔다.

양자 컴퓨터는 기존의 컴퓨터에 비해 월등히 높은 계산 성능을 줄 것으로 기대되고 있으나, 기존 컴퓨터에서 비트(bit) 역할을 하는 큐비트 (Qubit)의 안정성과 정보 유지 시간, 시간당 정보의 처리량을 늘리기 위한 다중 큐비트(Multiple Qubit) 시스템의 구현 문제 등이 실용화의 난제로 여겨져 왔다.

이런 가운데 인(Phosphorus) 원자를 집적한 실리콘 기반 큐비트 시스템은 정보유지 시간이 길어(초저온에서 1018초 이상) 양자컴퓨터 개발에 효과적이라고 여겨져 왔다.

하지만 이는 아직까지는 이론일 뿐 구현 사례는 아직 없었다. 공정을 통해 만들어진 소자의 특성 측정만으로는 동작의 타당성을 100% 증명하기 어렵기 때문이다.구현 가능성을 주장하기 위해서는 계산을 통한 증명이 요구됐다.

뉴사우스웨일즈대에서 만든 다중 큐비트 시스템의 동작 타당성 검증을 위해선 물리적 의미를 가진 편미분 방정식을 행렬화시켜 풀어야 하는 데 그 행렬의 크기가 최대 3000만×3000만에 달해 슈퍼컴퓨터 활용이 불가피했다.

이같은 상황에서 KISTI의 류훈 선임연구원(슈퍼컴퓨터융합연구센터 첨단응용환경개발실)이 뉴사우스웨일즈 대에서 제작한 샘플의 성능 측정결과가 다중 큐비트 시스템으로서 적합하다는 사실을 슈퍼컴퓨터 기반의 계산을 통해 이론적으로 규명했다. 이과정에서 류 선임연구원은 3차원 반도체 물질의 전자구조 계산 소프트웨어를 개발, 퍼듀대와 협동 계산 연구 수행을 이끌었다.

류훈 선임연구원은 "현재 연구결과는 2~3개 인 원자를 집적한 것으로 실리콘 기반의 양자컴퓨터 개발을 위한 기본 단계"라며 "앞으로 더 많은 인 원자를 가진 큐빗 시스템의 성능을 계산해 양자컴퓨터의 확장성을 높이기 위한 설계 가이드라인을 확보하겠다"고 말했다. 이번 연구성과는 네이처지 14일자에 게재됐다.