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양자컴퓨터 구현할 양자물리계 핵심 두 개념 관계 밝혀

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2019년 04월 17일 17:04 프린트하기

조영욱(왼쪽) KIST 양자정보연구단 선임연구원과 김윤호(오른쪽) POSTECH 물리학과 교수 연구팀이 양자 컴퓨터의 기본단위인 큐비트의 상태를 측정할 때 기하학적 위상이 발생한다는 사실을 규명했다. KIST 제공
조영욱(왼쪽) KIST 양자정보연구단 선임연구원과 김윤호(오른쪽) POSTECH 물리학과 교수 연구팀이 양자 컴퓨터의 기본단위인 큐비트의 상태를 측정할 때 기하학적 위상이 발생한다는 사실을 규명했다. KIST 제공

한국과학기술연구원(KIST)은 조영욱 양자정보연구단 선임연구원과 김윤호 포스텍(POSTECH) 물리학과 교수 연구팀이 양자컴퓨터의 기본 정보단위인 '큐비트'를 읽는 과정에서 발생하는 양자역학적 현상의 원리를 규명했다고 17일 밝혔다.  큐비트는 양자컴퓨터의 기존 컴퓨터의 디지털 비트에 해당한다.

 

양자역학은 양자론의 기초를 이루는 물리학 이론체계로 그 기본원리에 따라 양자컴퓨터가 작동한다. 양자컴퓨터는 입자에 관한 물리학 기초이론인 양자역학의 원리를 이용한 차세대 컴퓨터 기술이다. 일반적인 컴퓨터보다 월등한 연산능력을 보유한 슈퍼컴퓨터가 150년에 걸쳐 처리할 양을 양자컴퓨터는 몇 분 만에 끝낼 수 있다. 양자컴퓨터는 ‘양자측정’이란 과정을 통해 큐비트에 저장된 양자정보를 읽는다.

 

양자역학의 원리에 따르면 이 과정에서 반드시 양자정보에 변화가 일어난다. 이를 '측정반작용'이라고 한다. 측정반작용 현상을 거친 후 양자정보가 원 상태로 돌아왔을 때 그 과정을 기억하는 현상이 발생하는데 이를 '기하학적 위상'이라 한다. 

 

흔히 자연계에서는 기하학적 위상이 양자상태가 느리게 변화하는 단열과정에서만 발생한다고 여겨졌으나 최근 양자측정 과정에서도 발생할 수 있다는 결과들이 나왔다. 하지만 양자측정 과정에서 기하학적 위상이 발생하는 매커니즘은 구체적으로 밝혀지지 않았다.


연구팀은 기존보다 향상된 양자측정 기술을 이용해 양자물리계에 나타나는 기하학적 위상 현상을 관측했다. 그 결과 양자측정과정에서 일어나는 기하학적 위상과 측정반작용이 서로 간 밀접한 관계를 가진다는 사실을 알아냈다. 양자측정에 따른 양자정보 변화 정도에 따라 기하학적 위상도 변화한 것으로 나타났다.  


조 선임연구원은 “이번 연구결과는 큐비트 양자상태 및 검증에 활용될 수 있다”며 “기하학적 위상은 큐비트의 양자적 특성을 유지하는데 도움되기에 향후 양자컴퓨팅 분야 등 양자정보처리연구에도 기여할 것”이라고 밝혔다.


이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 피직스’ 15일자에 발표됐다. 

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