양자 컴퓨팅 '복제 불가능' 장벽 넘었다…세계 최초 데이터 백업 기술 개발

지금까지 양자 컴퓨팅 세계에서 '복사(Copy)'는 불가능의 영역이었다. 미지의 양자 상태를 완벽히 복제할 수 없다는 '복제 불가능 정리(No-Cloning Theorem)' 때문이다.

그러나 워털루 대학교의 아힘 켐프 박사와 규슈 대학교의 코지 야마구치 박사팀은 이 물리적 한계를 암호화 기술로 우회하며, 큐비트의 중복 복사본을 생성하는 데 성공했다.


7일(현지시각) 사이언스 뉴스(Science News)에 따르면, 연구팀은 단일 큐비트를 여러 개의 암호화된 버전으로 분산 저장하는 방식을 고안했다. 이는 마치 비밀번호를 여러 조각으로 나누어 서로 다른 사람이 보관하는 것과 유사한 원리다. 조각 하나로는 전체 정보를 알 수 없지만, 이를 결합하면 원래의 양자 정보를 온전히 복원할 수 있다.

이번 연구의 핵심은 양자 정보를 여러 서버에 안전하게 나누어 저장할 수 있는 '양자 클라우드 서비스'의 가능성을 확인했다는 점이다.

사이언스 뉴스에 따르면 켐프 박사는 "이제 양자판 드롭박스나 구글 드라이브 같은 서비스가 가능해질 것"이라며 "동일한 양자 정보를 여러 곳에 백업함으로써 시스템 오류나 데이터 손실 위험을 획기적으로 낮출 수 있다"고 강조했다.

특히 이번 기술은 보안성 면에서도 탁월하다. 암호화된 복사본 중 하나를 선택해 복호화하는 순간, 다른 모든 복사본의 복호화 키는 자동으로 만료된다. 즉, 일회용 키 시스템을 통해 '복제 불가능'이라는 양자역학의 대원칙을 훼손하지 않으면서도 실질적인 데이터 활용도를 높인 것이다.


연구진은 큐비트가 서로 연결될 때 기하급수적으로 커지는 정보 공유 능력인 '양자 얽힘'을 적극 활용했다. 100개의 큐비트가 얽힐 경우 기존 슈퍼컴퓨터로도 처리할 수 없는 방대한 정보를 저장할 수 있는데, 이번 백업 기술은 이러한 복잡한 얽힘 상태를 유지하면서도 안전하게 정보를 복제하고 관리할 수 있는 토대를 마련했다는 평가다.

야마구치 박사는 "복제 불가능 정리 때문에 제한적이었던 양자 컴퓨팅의 응용 범위가 이번 연구로 인해 대폭 확장될 것"이라며 자신감을 드러냈다.
사이언스 뉴스가 주목한 이번 연구 결과는 저명한 국제 학술지 '피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)'에 게재될 예정이다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com