스웨덴 연구팀, 양자 컴퓨팅 혁신 이끌 '초전도 비밀병기' 개발

스웨덴 찰머스 공과대학 연구팀은 초전도 회로를 이용해 양자 정보 조작의 새로운 방법을 시연하며 양자 컴퓨팅 분야에 혁신적인 이정표를 세웠다고 스터디파인드가 19일(현지시각) 보도했다.

보도에 따르면 이 획기적인 기술은 초전도 회로에서 사용자 정의 가능한 '비선형성'을 활용해 양자 컴퓨팅 속도와 효율성을 획기적으로 높일 수 있는 가능성을 제시했다.

양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터로는 불가능한 복잡한 계산을 수행할 수 있는 잠재력을 지녔지만, 양자 정보의 기본 단위인 큐비트를 조작하고 제어하는 데 어려움이 있었다.

찰머스 공과대학의 연구팀은 SNAIL(초전도 비선형 비대칭 유도 소자)이라는 특수한 초전도 회로를 사용해 큐비트 제어의 새로운 접근 방식을 개발했다.
SNAIL은 '초전도 비선형 비대칭 유도 소자'의 줄임말로, 양자 컴퓨터의 성능을 높이는 데 사용되는 특별한 부품을 말한다.


연구팀은 맞춤형 마이크로파 펄스를 사용하여 SNAIL 공진기 내에서 특정 비선형 상호 작용을 활성화 및 비활성화하는 기술을 개발했다. 이를 통해 양자 컴퓨팅의 필수 요소인 범용 양자 게이트 세트를 포함하여 다양한 양자 작업을 수행할 수 있게 됐다.


연구진은 기존 리소그래피 기술로 제작하고 극저온 환경에서 측정한 초전도 평면 아키텍처를 사용하여 양자 컴퓨팅 장치를 구현했다. 장치의 핵심인 SNAIL 공진기는 보소닉 모드 역할을 하며, SNAIL 요소를 공진기에 내장하여 마이크로파 펄스로 비선형성을 제어할 수 있도록 설계했다.

연구팀은 다양한 양자 작업을 시연하여 접근 방식의 다양성을 입증했다. 압착 및 삼중 압착 게이트, 입방 위상 게이트 등 특수한 양자 상태 생성과 복잡한 양자 알고리즘 구현에 필요한 작업들을 성공적으로 수행했다.


실험 결과, SNAIL 공진기 기반 접근 방식은 빠르고 효율적인 양자 작업을 가능하게 한다는 것을 보여주었다. 비가우시안 입방 위상 게이트를 60나노초 만에 실현하며 이전 방법보다 훨씬 빠른 속도를 달성했다. 또한, 압착 게이트와 입방 위상 게이트를 결합하여 입방 위상 상태를 결정론적으로 준비하는 데 성공했다. 이는 특정 양자 컴퓨팅 작업에 필수적인 리소스이며 양자 오류 수정 및 양자 감지에 활용될 수 있다.


연구진은 현재 구현의 한계를 인지하고 있으며, 생성된 양자 상태의 충실도를 개선하기 위해 고급 제조 기술과 환경으로부터의 더 나은 격리가 필요하다고 밝혔다. 또한, 시스템을 더 많은 큐비트로 확장하기 위한 노력과 SNAIL 공진기를 다른 양자 컴퓨팅 아키텍처와 통합하는 연구도 필요하다.


이 연구는 실용적인 양자 컴퓨터 개발에 중요한 진전을 이루었으며, 초전도 회로에서 사용자 정의 가능한 비선형성을 활용하여 양자 정보 조작의 다재다능하고 효율적인 접근 방식을 제시했다. SNAIL 공진기를 사용한 빠르고 충실도 높은 양자 작업은 양자 알고리즘 및 시뮬레이션 개발을 가속화하고, 입방 위상 상태와 같은 비고전적 양자 상태의 결정론적 준비는 양자 오류 수정 및 향상된 양자 감지에 새로운 가능성을 열어준다.


스터디파인드에 따르면 연구진은 이 기술을 광자 시스템과 같은 다른 양자 컴퓨팅 플랫폼과 결합해 하이브리드 양자 장치를 만드는 연구를 진행할 계획이다. 이러한 노력은 양자 컴퓨터의 잠재력을 최대한 실현하고 암호화, 약물 발견, 인공 지능, 재료 과학 등 다양한 분야에 혁신적인 발전을 가져올 것으로 기대된다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com