국내 연구진이 세계 최초로 광자(光子) 방식의 8광자 큐비트(양자컴퓨터의 단위) 집적회로 칩을 개발하는 데 성공했다. 양자컴의 핵심 원리인 '양자얽힘'을 더 복잡한 수준에서 구현할 수 있게 됐다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 실리콘포토닉스 양자칩을 확장해 광자 8개를 제어할 수 있는 시스템을 완성하고, 8개의 광자에 의해 발생하는 양자 현상들을 실험 중이라고 4일 밝혔다.

광자는 양자물리학에서 셀 수 있는 물질로서의 '빛'을 뜻한다. 이같은 광자를 기반으로 한 광자 방식 기술은 양자컴퓨터를 만드는 방법 중 가장 유력한 기술로 꼽힌다. 손톱만 한 크기의 실리콘 칩에 광자 기반 양자 회로가 포함된 실리콘 포토닉스 양자 칩을 만든 뒤, 여러 개 양자 칩을 네트워크로 연결하면 양자컴퓨터를 만들 수 있다는 것이다.

양자컴의 핵심은 물리적으로 멀리 떨어진 2개 이상의 양자가 상호 작용하는 이른바 '양자얽힘' 현상을 구현하는 데 있다. 예컨대 각각 달과 지구에 있는 동전 2개가 양자얽힘 상태로 연결돼 있다면, 지구에 있는 동전이 빙글빙글 돌다 넘어질 때 달에 있는 동전도 동시에 넘어져야 한다.

ETRI 연구팀은 그간 실리콘포토닉스 양자칩을 기반으로 양자얽힘을 구현해왔다. 지난해는 KAIST, 이탈리아 트렌토대 연구팀과 진행한 공동연구에서 광자 4개를 이용해 2큐비트, 4큐비트 양자 얽힘을 구현한 바 있다.

이번엔 이보다 확장된 8큐비트 양자 얽힘을 생성하는 데 성공했다. 큐비트 수가 늘어날수록 큐비트들은 양자적으로 더 강하게 얽힌다. 연구진은 가로 10밀리미터(㎜), 세로 5㎜ 크기의 8큐비트 집적회로를 만들어 총 8개 광자에서 발생하는 양자 현상을 연구 중이다.

연구진은 "향후 기술의 완성도를 높여 올해 중 16큐비트 칩 개발에 도전할 계획"이라고 밝혔다. 이처럼 개발한 16큐비트 칩을 양자 기계학습(ML)을 포함한 양자컴퓨팅 응용 연구에 이용할 예정이다.

윤천주 양자기술연구본부장은 "기술적 완성도를 높여 5년 내 양자 클라우드 서비스를 내놓을 계획"이라며 "실험실 규모라도 시스템이 구동하도록 만들어 새로운 영역의 학문을 개척할 것"이라고 말했다.

한편 이번 연구는 ETRI 자체 신개념연구사업 및 한국연구재단의 양자컴퓨팅개발사업의 지원을 받아 수행됐다.