IBS, 신개념 양자컴퓨터 기초 기술 고안
양자기술시대 열 중요한 선택지 제시

기초과학연구원(IBS) 연구진이 주도해 개발한 ‘단일 원자 전자 스핀 큐비트’의 3차원 모식도. IBS 제공

기존과는 다른 방법으로 설계된 새로운 양자컴퓨터를 만들 기초 기술이 개발됐다.

기초과학연구원(IBS) 안드레아스 하인리히 양자나노과학연구단장(이화여대 석좌교수)이 이끄는 연구진은 일본, 스페인, 미국 과학자들과 공동으로 새로운 방식의 양자컴퓨터를 만들 방법을 고안했다고 6일 밝혔다. 연구 결과는 이날 국제학술지 ‘사이언스’에 실렸다.

양자컴퓨터는 ‘큐비트’라는 물리적 단위를 사용한다. 큐비트는 0과 1을 중첩 상태로 인식한다. 반면 실생활에서 널리 쓰는 일반적인 컴퓨터는 ‘비트’라는 단위를 사용하는데, 비트는 0과 1을 따로 떨어뜨려 인식한다.

이런 차이 때문에 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 정보 저장량과 연산 속도가 월등하다. 최근 구글은 슈퍼컴퓨터로 1만년 걸릴 계산을 자사의 양자컴퓨터 ‘시카모어’로 200초 만에 해결했다고 발표했다.

연구진은 자체 개발한 첨단 연구장비인 ‘ESR-STM’으로 지난 5월 단일 원자의 전자스핀을 제어해 이를 큐비트로 활용할 수 있는 방법을 개발했다. 그동안 학계에서는 초전도접합, 이온트랩, 양자점, 양자위상상태 등 다양한 물리 현상을 이용한 큐비트를 고안했다. 그런데 연구진은 여기에 새로운 큐비트 생성법을 추가한 것이다.

양자컴퓨터는 본격적인 상용화에 들어서지 않았기 때문에 어떤 종류의 큐비트가 최선일지는 아직 확실치 않다. 이 때문에 연구진의 이번 분석은 더 좋은 양자컴퓨터로 다가서기 위한 선택지를 늘린 셈이다.

연구진이 만든 큐비트는 산화마그네슘 성분의 얇은 절연체 표면 위에 여러 개의 티타늄 원자들이 놓인 구조다. 특히 연구진은 원자들의 움직임을 조작해 큐비트 여러 개를 동시에 제어할 수 있게 했다. 이전 다른 연구진들의 기술은 큐비트 여러 개를 한꺼번에 다룰 수 없었는데, 중요한 전환점을 만들었다.

이번 연구 결과를 담은 논문의 공동 교신저자인 배유정 IBS 연구위원은 “한국이 세계를 선도하는 새로운 플랫폼을 만들어 양자정보과학 시대를 열고, 혁신을 견인할 수 있는 가능성을 보여줬다”고 말했다.