ETRI, 양자컴퓨팅 ‘8광자 큐비트 칩’ 개발

국내 연구진이 광자(光子·빛 알갱이) 방식의 8광자 큐비트(Qubit) 집적회로 칩을 개발했다.

한국전자통신연구원(이하 ETRI)은 실리콘포토닉스 양자 칩을 확장, 광자 8개를 제어할 수 있는 시스템을 완성해 8개 광자로 발생하는 양자 현상을 실험하는 중이라고 4일 밝혔다.

연구진이 양자컴퓨팅 8광자 큐비트 칩 운용 과정을 시연하고 있다. 한국전자통신연구원 제공

ETRI에 따르면 광자는 두 개 방향을 구분해 위로 향하면 0, 아래로 향하면 1로 표현한다. 가령 4큐비트는 빛이 가는 길이 위와 아래를 합쳐 총 8개, 8큐비트는 16개다.

ETRI는 이를 기반으로 큐비트 간 양자적으로 서로 강하게 얽힌 상태를 칩 내에서 구현하는 데 성공했다.

광자 기반 기술은 양자컴퓨터를 만드는 방법 중 가장 유력한 기술로 꼽힌다. 손톱 크기의 실리콘 칩에 광자기반 양자 회로를 포함한 실리콘 포토닉스 양자 칩을 만들고, 여러 개의 양자 칩을 네트워크로 연결해 범용 양자컴퓨팅을 구현하는 게 핵심이다.

특히 광자 기반 양자컴퓨터는 빠른 속도, 상온 동작, 낮은 오류율, 확장성, 낮은 에너지 소비율 등의 장점을 갖는다.

ETRI는 8광자 큐비트 칩에 광자생성기, 위상변조기, 스위치 등 다양한 광학 소자를 집적한 후 빛의 경로를 조절해 양자 간섭이 이뤄지도록 했다. 이는 컴퓨터의 기본적 역할인 정보전달과 변환 수행을 가능케 했다.

칩 안에는 비선형 광자 쌍생성 소스 8개와 광 경로를 조절하는 광 스위치가 40여개 들어 있으며, 광 스위치 중 20여개는 양자 게이트 역할을 한다. 이로써 단일광자 검출기를 통해 양자 상태를 측정하는 양자컴퓨터의 기본 틀을 갖췄다.

ETRI는 향후 기술 완성도를 높여 연내 16큐비트 칩 개발에 도전할 계획이다. 이후에는 32큐비트까지 확장해 양자 기계학습(ML)을 포함한 양자컴퓨팅 응용연구에 활용될 수 있게 한다는 복안이다.

윤천주 ETRI 양자기술연구본부장은 “ETRI는 기술적 완성도를 높여 5년 이내에 양자컴퓨터로 클라우드 서비스가 가능토록 하는 것을 목표로 한다”며 “실험실 규모에서라도 시스템이 제대로 구동될 수 있도록 새로운 영역의 학문을 개척하는 데 주력하겠다”고 말했다.