양자 상태 정밀 평가·측정 가능해진다..표준연 5배 이상 정확한 측정기술 개발

이상민 표준연 책임연구원이 양자 상태 평가 실험을 하는 모습

국내 연구진이 양자통신과 양자컴퓨팅에 쓰이는 정보 단위인 큐비트(양자입자에 저장된 정보) 상태를 평가하는 기술을 개발, 세계 최고 수준 정확도를 달성하는 데 성공했다.

한국표준과학연구원은 이상민 책임연구원과 박희수 양자기술연구소장이 이진형 한양대 교수, 김재완 고등과학원 교수, 방정호 한국전자통신연구원(ETRI) 선임연구원과 함께 이와 같은 기술 개발에 성공했다고 25일 밝혔다.

양자상태 정밀측정기술은 양자정보 기술 신뢰성을 검증하는 핵심기술이다. 양자암호통신을 포함한 양자정보 기술 산업 분야에서 널리 활용할 수 있다.

양자정보기술에서 측정은 그 자체가 정보처리 과정의 일부기도 하다. 측정 행위가 양자상태에 영향을 준다. 이런 상호작용을 양자컴퓨터 계산이나 양자통신에 활용하기도 한다. 측정이 부정확하면 정보 오류가 생긴다.

문제는 양자상태 정밀 측정이 쉽지 않다는 것이다. 원자나 광자와 같은 양자역학적 입자를 직접 측정하는 기술 특성탓에 정밀도가 제한적이다. 최근에는 머신러닝 방법론이 고안됐는데, 양자 입자를 단계별로 측정해 원하는 특정 값을 추정하는 방식이다. 이 경우 방대한 데이터를 지속적으로 업데이트해야 한다는 번거로움이 있다. 긴 시간이 소요된다.

연구진은 훨씬 단순한 규칙을 활용, 시간 소요가 거의 없는 머신러닝 방법론을 개발했다. 보다 적은 자원을 활용해 10만분의 1 부정도(두 상태가 얼마나 다른지를 나타내는 값)로 단일광자 큐비트 측정이 가능함을 실험으로 입증했다. 이는 기존 결과보다 적어도 5배가 넘는 정확도다.

연구진은 이를 인공위성 양자암호통신 송수신부 기준축을 실시간 정렬 및 보정하는데 적용할 수 있다고 설명했다.

이상민 책임연구원은 “이번 연구결과는 양자통신 장치 최적화와 같은 양자응용기술의 실질적인 속도 향상에도 기여할 것”이라고 말했다.

관련 연구 논문은 물리분야 최고권위 저널인 피지컬 리뷰 레터스에 4월 30일 온라인 게재됐다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com