KRISS, 초전도 큐비트 결맞음 저하 원인 규명…한국 양자컴퓨팅 자립 기여

국내 연구진이 초전도 양자컴퓨터의 핵심 소자인 큐비트의 성능을 떨어뜨리는 양자 정보 손실의 원인을 명확히 규명했다. 단순한 배경 잡음으로 치부되던 현상의 실체를 밝혀냄으로써 더욱 안정적이고 신뢰성 높은 양자컴퓨터 구현에 속도가 붙을 전망이다.

한국표준과학연구원(KRISS) 연구진은 결맞음 광자(성질이 일정한 빛 알갱이)가 초전도 큐비트의 양자 결맞음(양자 정보가 유지되는 상태)을 직접적으로 저하시키는 방식을 규명하고, 큐비트와 공진기 사이의 상호작용과 관련된 저하 패턴을 밝혀냈다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '어플라이드 피지스 레터스(Applied Physics Letters)'에 게재됐다. 특히 이번 성과는 해외 양자 컴퓨팅 전문매체인 '퀀텀 자이트가이스트(Quantum Zeitgeist)' 등에서도 비중 있게 다뤄지며 글로벌 학계의 주목을 받았다.

연구진은 실험을 통해 결맞음 광자의 주파수와 개수가 큐비트 성능에 미치는 영향을 집중 조사했다. 측정 결과, 정보가 사라지는 '위상 감쇠' 양상이 공진기의 스펙트럼 특성을 밀접하게 따르는 것을 확인했다. 이는 양자 정보의 저하가 단순한 무작위 잡음이 아니라, 공진기의 스펙트럼 특성과 직접적인 연관성이 있음을 증명하는 결과다.

이번 발견은 큐비트가 주변 환경과 상호작용하는 방식과 그로 인한 양자 정보 손실 사이의 명확한 연결고리를 제공했다는 점에서 높은 평가를 받는다. 향후 큐비트 설계 시 공진기 특성을 신중하게 분석하고 제어해야 할 필요성이 더욱 커졌다.
‘동적 분리’ 기술로 잡음 해결…초전도 양자컴퓨터 소자 보호 혁신

연구진은 환경 잡음으로부터 큐비트를 보호하는 기술인 '동적 분리(Dynamic decoupling)'가 이러한 결맞음 감쇠를 완화하는 데 매우 효과적이라는 사실도 함께 입증했다.

이 기술은 광범위한 광자 조건에서도 효과적으로 작동하여 다양한 유형의 광자 유도 잡음에 대한 다목적 해결책을 제시했다. 특히 양자컴퓨팅의 고질적 문제인 교류 스타크 시프트(ac Stark shift, 빛에 의해 에너지 준위가 변하는 현상)와 추가적인 광자 매개 위상 감쇠 메커니즘을 동시에 해결할 수 있는 강력한 복원력을 보여줬다.

KRISS 연구진은 이번 보호 조치의 잠재적 응용 분야가 매우 넓으며, 초전도 양자컴퓨터의 안정성을 크게 향상시킬 수 있다고 지적했다. 차세대 양자 구성 요소 간의 관계를 통제할 수 있는 기반이 마련됨에 따라, 한국의 양자컴퓨팅 기술 자립화에도 크게 기여할 것으로 기대된다.

이인수 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com