양자 기술 상용화 청신호...'얽힌 빛'으로 2,000만 년 걸리던 측정 15분에 해결

양자 기술 상용화에 한 발 더 다가설 획기적인 연구 결과가 나왔다.

얽힌 빛(양자 얽힘)을 이용해 양자 시스템의 잡음을 측정하는 시간을 획기적으로 줄이는 데 성공했다.

25일(현지시각) 과학 기술 전문매체 인터레스팅 엔지니어링에 따르면 덴마크 공과대학(DTU)을 중심으로 미국, 캐나다, 한국의 공동 연구팀은 최근 광자 시스템에서 최초로 '양자적 이점'을 입증했다.

이 연구 결과는 세계적인 과학 저널 '사이언스(Science)'에 게재됐다.
연구팀은 얽힌 빛이 기존의 고전적인 방식보다 훨씬 빠르게 노이즈가 많은 양자 시스템의 특성을 파악할 수 있다는 것을 보여주는 광학 장치를 개발했다.

인터레스팅 엔지니어링에 따르면 DTU 물리학과 교수이자 연구의 교신 저자인 울릭 룬드 안데르센은 "간단한 광학 장치로 이러한 이점을 얻을 수 있다는 것을 확인했다"며 "센싱이나 머신러닝처럼 이 기술이 효과를 발휘할 수 있는 분야를 찾는 데 큰 도움이 될 것"이라고 말했다.


이번 연구의 핵심은 양자 시스템의 '잡음 지문(noise fingerprint-양자 시스템의 잡음이 가지는 고유한 특성 패턴)'을 파악하는 데 필요한 측정 횟수를 대폭 줄인 것이다. 기존에는 물리적 장치를 이해하기 위해 반복적인 측정을 해야 했고, 특히 양자 장치의 경우 시스템이 복잡해질수록 필요한 시도 횟수가 기하급수적으로 늘어나는 문제가 있었다.

안데르센 교수는 "얽힘 현상이 시스템을 학습하는 데 필요한 측정 횟수를 줄이는가?"라는 질문에 "많이 줄여준다"고 답했다. 연구팀은 15분 만에 시스템의 작동 방식을 파악하는 데 성공했는데, 이는 고전적인 방법으로는 약 2,000만 년이 걸리는 작업이다.


이번 실험은 DTU 물리학과 지하 연구실에서 통신용 표준 광학 부품을 이용해 진행됐다. 연구팀은 두 개의 광선이 서로 얽히도록 만든 뒤, 한 광선은 시스템을 탐색하고 다른 광선은 기준점으로 사용했다.

이러한 공동 측정 방식을 통해 많은 양의 잡음을 제거하고, 한 번의 시도만으로도 기존 방식보다 더 많은 정보를 얻을 수 있었다. 연구팀은 이상적인 장비가 아니라 측정 방식 자체에서 이점을 얻었다는 점을 강조했다.

공동 저자인 요나스 쇼우 니어가드-닐슨 조교수는 "많은 사람이 양자 기술이 기존 컴퓨터보다 얼마나 뛰어난지 이야기하지만 아직 그렇지 않은 게 현실"이라며 "이번 연구는 고전 시스템으로는 불가능했던 일을 양자 시스템으로 해낼 수 있음을 마침내 보여줬다는 점에서 큰 의미가 있다"고 평가했다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com


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