KAIST, 양자 컴퓨터 오류 줄일 핵심기술 찾았다

양자얽힘 상태 실험 구현 성공

25일 KAIST에 따르면 라영식 물리학과 교수 연구팀이 양자오류 정정 기술 핵심이 되는 3차원 클러스터 양자얽힘 상태를 실험으로 구현하는데 성공했다고 밝혔다.KAIST 제공

[충청투데이 조정민 기자] KAIST가 고전 컴퓨터로는 계산이 어려운 문제를 효율적으로 해결할 수 있는 양자 컴퓨팅의 큰 난관이었던 양자얽힘 상태를 구현하는데 성공했다.

25일 KAIST에 따르면 라영식 물리학과 교수 연구팀이 양자오류 정정 기술 핵심이 되는 3차원 클러스터 양자얽힘 상태를 실험으로 구현하는데 성공했다고 밝혔다.

측정기반 양자 컴퓨팅은 특수한 양자얽힘 구조를 가진 클러스터 상태를 측정해 양자 연산을 구현하는 새로운 패러다임의 양자 컴퓨팅 방식이다.

이 방식의 핵심은 클러스터 양자얽힘 상태 제작에 있으며 범용 양자컴퓨팅을 위해 2차원 구조의 클러스터 상태가 사용된다.

하지만 양자연산에서 발생하는 양자오류를 정정할 수 있는 결함 허용 양자컴퓨팅으로 발전하려면 더 복잡한 3차원 구조의 클러스터 상태가 필요하다.

기존 연구에서는 결함 허용 양자컴퓨팅에 필요한 3차원 클러스터 상태는 양자얽힘 구조가 매우 복잡해 실험 구현이 이뤄지지 못했다.

이에 연구팀은 펨토초 시간-주파수 모드를 제어해 양자얽힘을 구현하는 기술을 개발함으로써 3차원 구조의 클러스터 양자얽힘 상태를 생성하는 데 최초로 성공했다.

라영식 물리학과 교수는 “이번 연구는 기존 기술로는 구현하기 어려웠던 3차원 클러스터 양자얽힘 상태 제작에 성공한 최초의 사례다”라며 “향후 측정 기반 양자컴퓨팅 및 결함 허용 양자컴퓨팅 연구에 있어 중요한 발판이 될 것이다”라고 설명했다.

물리학과 노찬 석박사통합과정 학생이 제1 저자로 참여하고 곽근희, 윤영도 석박사통합과정 학생이 공동 저자로 참여한 이번 연구는 저명 국제 학술지 '네이처 포토닉스(Nature Photonics)'에 2025년 2월 24일 온라인판으로 정식 출판됐다. (논문명: Generation of three-dimensional cluster entangled state, DOI: 10.1038/s41566-025-01631-2)

한편 이번 연구는 한국연구재단 (양자컴퓨팅 기술개발사업, 중견연구자 지원사업, 소재혁신 양자시뮬레이터 개발사업)과 정보통신기획평가원 (양자인터넷 핵심원천기술 사업, 대학ICT연구센터지원사업) 및 미국 공군연구소의 지원을 받아 수행됐다.

조정민 기자 [e-mail]