Nature Physics誌 게재, “미래형 최첨단 컴퓨터 구현에 의미 있는 한걸음 내딛어”

미래형 최첨단 컴퓨터인 양자컴퓨터*와 양자통신** 등과 같은 양자정보기술 구현에 가장 큰 걸림돌이 국내 연구진에 의해 해결되었다.
*) 양자컴퓨터 : 기존의 컴퓨터와 달리 한 개의 처리장치로부터 수많은 계산을 동시에 처리할 수 있어 정보처리량과 속도가 종전의 컴퓨터에 비해 월등히 앞선 미래형 최첨단 컴퓨터
**) 양자통신 : 정보를 빛의 기본입자인 광자의 양자 상태에 실어 전달하는 새로운 방식의 통신. 양자역학적 특성으로 빠른 속도, 정확한 정보전달 등 기존의 통신에 비해 많은 장점이 있음

김윤호 교수(39세, 포스텍)가 주도하고 김용수, 이종찬(공동1저자), 권오성(제3저자) 박사과정생이 참여한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 직무대행 김병국)이 추진하는 일반연구자지원사업(기본연구와 모험연구)의 지원을 받아 수행되었고, 연구결과는 물리학 분야의 최고 권위의 학술지인 ‘Nature Physics (IF=18.423)’지에 온라인 속보(12월 18일)로 게재되었다.
(논문명 : Protecting entanglement from decoherence using weak measurement and quantum measurement reversal)

김윤호 교수 연구팀은 양자역학의 핵심원리인 일반화된 양자 측정의 개념들을 이용해 양자정보기술 구현에 꼭 필요한 양자 얽힘*을 결어긋남 현상**으로부터 보호하는 새로운 방법을 밝혀냈다.
*) 양자 얽힘(Quantum entanglement) : 여러 양자계 사이에 존재하는 특별한 상관관계를 의미하며, 양자통신, 양자컴퓨터 등을 구현하는데 꼭 필요함
**) 결어긋남 현상(Decoherence) : 양자계가 결맞음을 잃어버리는 현상을 의미하며, 결맞음이 완전히 없어진 양자계는 양자정보처리에 사용할 수 없음

양자통신, 양자컴퓨터 등의 양자정보기술을 구현하기 위해서는 양자계의 결맞음 특성이 보호되어야 하지만, 실제 상황에서는 양자계와 주변 환경과의 필연적인 상호작용에 의해 결어긋남 현상이 발생하여 결맞음 특성이 손상된다. 특히 결어긋남 현상은 양자정보기술 구현에 핵심요소인 양자 얽힘까지 잃게 만들어 양자정보기술 구현에 가장 큰 걸림돌이었다.

김 교수팀은 약한 양자측정과 양자측정의 되돌림을 이용해 양자 얽힘이 줄어드는 직접적인 원인인 결어긋남 현상 자체를 억제하는데 성공하였다.

특히 이번 연구결과는 결어긋남 현상이 아주 강해 양자 얽힘이 완전히 없어지게 만드는 환경에서도 적용할 수 있어 기존의 양자 얽힘 보호방법의 한계를 뛰어넘은 기술로 평가된다.

김윤호 교수는 “양자통신 및 양자컴퓨터와 같은 양자정보기술은 아직 초기단계이지만, 현대 정보사회의 패러다임을 바꿀 수 있는 가능성이 큰 신기술이다. 이번 연구를 통해 양자정보기술 개발의 걸림돌로 알려진 결어긋남 현상으로부터 양자 얽힘을 보호하는 새로운 방법을 발견하여, 양자정보기술 발전에 새로운 기반을 마련하였다”고 연구의의를 밝혔다.