ETRI, 양자컴퓨팅 8광자 큐비트 칩 개발

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 광자 방식의 8광자 큐비트(Qubit) 집적회로 칩을 개발했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 실리콘포토닉스 양자칩을 확장해 광자 8개를 제어할 수 있는 시스템을 완성한뒤 광자들로 발생하는 양자 현상들을 실험하고 있다고 4일 밝혔다.

한국전자통신연구원 연구진이 양자컴퓨팅 8광자 큐비트 칩 개발 관련 시연을 하고 있다.(사진=한국전자통신연구원)

광자기반 기술은 양자컴퓨터를 만드는 방법 중 가장 유력한 기술 중 하나다. 손톱 크기의 실리콘 칩에 광자기반 양자 회로를 포함한 실리콘 포토닉스 양자 칩을 만들고, 여러 개의 양자 칩들을 네트워크로 연결해 범용 양자컴퓨팅을 구현하는 기술이다.

광자기반 양자컴퓨터는 빠른 속도, 상온 동작, 낮은 오류율, 확장성, 낮은 에너지 소비율 등의 장점이 있다. 양자 광원, 선형 광소자 및 단일광자 측정기 등을 활용, 광학 시스템에 인코딩된 양자정보를 조작, 측정한다.

연구팀은 광자생성기, 위상변조기, 스위치 등 다양한 광학소자를 이번에 새로 만든 칩에 만들어 넣어 빛의 경로를 조절해 양자 간섭을 하게 했다. 이를 통해 컴퓨터의 기본 역할인 정보전달, 변환을 할 수 있다.

칩 속에는 비선형 광자 쌍생성 소스 8개와 광 경로를 조절하는 광스위치가 40여개 포함됐다. 이 중 20여개는 양자 게이트 역할을 한다. 이로써 단일광자 검출기를 통해 양자 상태를 측정하는 양자컴퓨터의 기본 틀을 갖췄다.

연구진은 가로 5mm, 세로 5mm 크기의 4큐비트 집적회로를 만들어 광자 두 개를 더한 4개의 광자의 경로가 얽히며 일어나는 양자 현상들을 논문에 발표했다. 현재 10mm×5mm 크기의 8큐비트 집적회로를 만들어 총 8개의 광자에서 발생하는 양자 현상들을 연구하고 있다.

앞으로 기술 완성도를 높여 올해 중 16큐비트 칩 개발에 도전하고, 이후 32큐비트로 확장해 개발하는 게 목표다.

윤천주 ETRI 양자기술연구본부장은 “기술 완성도를 높여 외국 사례처럼 5년 내 양자컴퓨터를 이용한 클라우드 서비스를 계획하고 있다”며 “실험실 규모라도 시스템이 돌아가도록 만들어 새로운 영역의 학문개척에 나설 방침”이라고 말했다.