KIST , 양자시스템 이용해 분자구조 계산 성공
꿈의 컴퓨터라고 불리는 양자컴퓨터는 양자중첩, 양자얽힘 등 양자현상을 이용, 기존 디지털 컴퓨터로 해결하기 어려운 문제를 단시간에 풀 수 있다. 최근 기존 디지털 컴퓨터로는 실현할 수 없는 계산 성능, 이른바 '양자우위'가 발표되면서 구글, IBM 등을 중심으로 양자컴퓨터를 실용적인 분야에 적용하고자 하는 연구가 주목받고 있다.
한국과학기술연구원은 양자정보연구단 김용수 박사 연구팀이 단일광자의 양자상태를 이용해 분자의 구조를 계산하는 데 성공했다고 17일 밝혔다. 아직 불완전한 양자컴퓨터의 성능을 보완하기 위해 디지털 컴퓨터의 이점을 함께 사용하는 VQE 알고리즘을 이용해 분자의 바닥상태 에너지를 계산하는데 성공한 것이다.
VQE의 성능은 양자컴퓨터의 양자연산 공간의 크기에 의해 제한되기 때문에 효율적으로 양자연산 공간의 크기를 확장하기 위한 연구가 필요하다. 연구팀은 단일광자가 가지고 잇는 다양한 자유도를 동시에 사용해 양자연산 공간을 확장함으로써 양자 컴퓨터의 연산공간 크기를 수월하게 확장하는 새로운 방법을 제시했다. 다른 물리계와 비교할 때 가장 큰 차이점 가운데 하나는 단일광자는 다양한 자유도를 가지고 있으며 이를 양자정보를 인코딩하는 큐비트로 사용할 수 있다는 점이다.
이번 연구에서는 단일광자의 광경로와 쳔광을 이용해 2큐비트의 양자연산 공간을 구현하고, 이를 분자의 바닥상태 에너지를 계산하는 VQE 실험에 적용했다. 또한 불완전한 양자컴퓨터가 가지는 양자오류를 효율적으로 보정하기 위한 양자 오류 보정 알고리즘을 개발, 적용해 노이즈가 많은 상황에서도 분자의 바닥상태 에너지를 성공적으로 계산할 수 있음을 확인했다.
김용수 박사는 "광자기반 양자컴퓨터로 계산한 분자는 기존 디지털 컴퓨터로도 충분히 풀 수 있는 수준이지만, 단일광자의 다양한 자유도를 이용해 양자컴퓨터의 연산공간 크기를 효율적으로 확장하는 새로운 방법을 제시한 만큼 향후 실용적인 양자컴퓨터 개발에 기여할 수 있을 것"이라고 밝혔다.
이번 연구성과는 국제학술지인 '옵티카' 최신호에 게재됐다.
