양자 컴퓨팅, 마침내 확장성 한계 돌파?...CMOS 기반 혁신 칩 등장

미국 샌디아국립연구소(Sandia National Laboratories) 연구진이 주도한 연구를 통해 양자 컴퓨터의 대규모 확장을 가능하게 하는 획기적인 장치를 개발했다고 양자 컴퓨팅 전문매체 퀀텀 자이트가이스트가 12일(현지시각) 보도했다.

보도에 따르면 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 발표된 이 기술은 수천 개의 큐비트 작동에 필수적인 레이저를 효율적으로 제어할 수 있는 새로운 광학 위상 변조 장치에 관한 것이다.

이 기술은 미래 양자 컴퓨팅 및 네트워킹 기술 구현의 핵심 과제인 확장 가능한 광 주파수 제어의 해답을 제시했다는 평가를 받는다.


연구진이 개발한 이 장치는 사람 머리카락 두께보다 약 100분의 1 정도 작은 크기로, 마이크로파 주파수(초당 수십억 번 진동)를 이용해 레이저 빛을 매우 정밀하게 조작하고 새로운 레이저 주파수를 생성한다. 이는 이온 포획 및 원자 포획 시스템에서 큐비트(양자 정보 단위)를 효율적으로 제어하는 데 핵심적인 기능이다.
가장 혁신적인 부분은 제조 공정이다. 이 장치는 휴대폰이나 컴퓨터에 사용되는 것과 동일한 표준 CMOS(상보성 금속 산화막 반도체) 공정으로 제작됐다.

퀀텀 자이트가이스트에 따르면 이번 연구를 이끈 맷 아이헨필드 교수는 "CMOS 제조 기술은 인류가 발명한 기술 중 가장 확장성이 뛰어난 기술"이라며, 이를 통해 수천, 심지어 수백만 개의 동일한 광자 장치를 대량 생산하는 것이 가능해졌다고 강조했다.


기존의 양자 컴퓨터는 레이저 제어를 위해 부피가 크고 전력 소모가 많은 탁상형 장치에 의존해왔다. 이는 수만, 수십만 개의 광 채널로 확장하는 데 심각한 제약이 됐다.

새로운 장치는 이러한 한계를 극복했다.
전력 소비 대폭 감소: 기존의 상용 변조기보다 마이크로파 전력을 약 80배 적게 소비한다.

고밀도 집적화 가능: 전력 소비 감소는 발열을 최소화하여 칩의 밀도를 크게 높일 수 있게 한다.

연구팀은 이 기술이 대규모 큐비트 제어에 필요한 마지막 퍼즐 조각이며, 부피가 큰 광학 부품에서 확장 가능한 집적 포토닉스로 나아가는 "광학 트랜지스터 혁명"을 향한 중요한 한 걸음이라고 보고 있다.

현재 연구팀은 주파수 생성, 필터링 및 펄스 조각 기능을 단일 칩에 통합하는 연구와 함께, 양자 컴퓨팅 기업들과의 협력을 통해 이온 및 원자 포획 시스템에서 장치 테스트를 진행할 예정이다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com