미래 건 양자 컴퓨터 5 파전 . .." 양자 통제 기술 과 소재 가 관건 " : 동아 사이언스 
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 2018 년 05 월 11 일 03 : 00 
 인텔 과 함께 양자 컴퓨터 기술 을 연구 중 인 네덜란드 스타트업 큐 테크 ( QuTech ) 에서 연구자 들 이 양자 컴퓨터 기술 을 연구 중 이 다 . 인텔 은 2017 년 큐 테크 에 17 개 양자 로 된 실험 용 초전 도 양자 컴퓨터 칩 을 공급 했 다 . - 사진 제공 큐 테크 
 ‘ 꿈 의 미래 컴퓨터 ’ 양자 컴퓨터 개발 경쟁 에 한국 연구자 들 이 본격 적 인 출사표 를 던졌 다 . 지난달 23 ~ 24 일 경기도 수원 성균관 대 에서 열린 제 1 회 양자 정보 학술 대회 를 계기 로 물리학 , 광학 , 재료 과학 , 전자 공학 등 국내외 관련 분야 연구자 들 이 연구 현황 을 교환 하 는 등 협력 연구 에 들어갔 다 . 프로그램 위원장 인 김윤호 포스 텍 물리학 과 교수 는 “ 중국 과 유럽 , 미국 등 양자 강국 들 이 약진 하 는데 국내 연구 역량 이 흩어져 있 다는 판단 에 학술 대회 를 기획 했 다 ” 고 말 했 다 . 
 양자 컴퓨터 는 원자 나 이온 , 전자 또는 빛 알갱이 ( 광자 ) 등 양자 역학 의 지배 를 받 는 입자 를 이용 해 계산 을 하 는 새로운 개념 의 컴퓨터 다 . 기존 컴퓨터 는 전류 흐름 ( on ) 과 멈 춤 ( off ) 처럼 서로 구분 되 는 두 물리 값 ( 상태 ) 을 이용 해 각각 1 또는 0 의 정보 를 따로 처리 한다 . 이 에 반해 양자 컴퓨터 는 두 상태 가 서로 분리 되 지 않 는 ( 즉 관측 전 까지 는 0 이 기 도 하 고 1 이 기 도 한 ) 양자 고유 의 특성 인 ‘ 중첩 ’ 을 이용 해 정보 를 동시 에 다량 으로 처리 한다 . 
 기존 컴퓨터 는 0 과 1 을 각각 다른 정보 단위 ( 비트 ) 에 나눠서 따로 계산 해야 한다 . 반면 양자 컴퓨터 에 에서 는 하나 의 양자 가 0 을 표현 하 기 도 하 고 1 을 표현 하 기 도 하 기 때문 에 , 두 수 를 하나 의 양자 ( 1 큐비트 ) 로 한 번 에 처리 할 수 있 다 . 큐비트 와 비트 수 가 적 을 때 엔 속도 차이 가 적 지만 , 수 가 많 아 지 면 이야기 가 달라진다 . 
 이런 특성 덕분 에 양자 컴퓨터 는 계산 효율 이 높 다 . 조영욱 한국 과학 기술 연구원 ( KIST ) 양자 정보연 구단 선임 연구원 은 “ 5 자리 2 진수 를 표현 할 때 기존 컴퓨터 는 160 개 의 정보 단위 ( 비트 ) 가 필요 하 지만 , 양자 컴퓨터 는 5 개 정보 단위 ( 큐비트 ) 면 충분 하 다 ” 고 말 했 다 . 피아노 에 비유 하 자면 , 기존 컴퓨터 는 160 개 의 건반 을 일일이 쳐야 하 는 피아노 인데 , 양자 컴퓨터 는 똑같 은 음악 을 5 개 의 건반 만 쳐서 연주 할 수 있 는 피아노 인 셈 이 다 . 50 자리 로 수 를 늘리 면 차이 는 더 극 적 으로 벌어진다 . 기존 컴퓨터 는 5 경 6295 조 개 에 달하 는 건 반 ( 비트 ) 을 일일이 쳐야 하 지만 , 양자 컴퓨터 는 오직 50 개 의 건반 ( 큐비트 ) 만 치 면 된다 . 
 오스트리아 인스부르크 대 는 이온 트랩 방식 으로 20 개 양자 를 조절 하 는 데 성공 했 다 . - 사진 제공 인스부르크 대 
 현재 세계 양자 컴퓨터 연구자 들 은 이런 계산 을 가능 하 게 할 큐비트 를 물리 적 으로 구현 하 기 위해 노력 하 고 있 다 . 정연욱 한국 표준 과학 연구원 양자 기술 연구소 양자 정보 팀장 은 “ 상태 가 2 개 인 양자 를 만들 고 , 여기 에 중첩 과 얽힘 ( 둘 이상 의 양자 가 마치 끈 으로 연결 된 것 처럼 서로 상태 가 연결 돼 있 는 현상 ) 을 자유자재 로 만들 수 있 으면 큐비트 의 후보 가 된다 ” 고 설명 했 다 . 
 후보 는 많 지만 , 소재 와 아이디어 가 성패 를 가르 고 있 다 . 현재 유력 한 큐비트 후보 는 다섯 가지 다 . 스포츠 리그 에 비유 하 자면 , 이 들 은 ‘ 2 강 3 중 ’ 의 구도 를 형성 하 고 있 다 . 먼저 수소 등 의 원자 에서 전자 를 빼 서 전기 적 으로 양 ( +) 의 성질 을 지닌 이온 을 만든 뒤 , 전기장 이나 자기장 으로 하나 씩 조종 해 큐비트 로 활용 하 는 ‘ 이온 트랩 ( 덫 ) ’ 방식 이 있 다 . 이온 이 가진 에너지 크기 를 두 단계 로 변화 시켜 정보 를 처리 한다 . 이온 트랩 분야 의 선두 주자 중 한 명 인 김기환 중국 칭화 대 정보 과학 융합 연구소 교수 는 “ 양자 상태 를 원하 는 대로 조절 할 수 있 고 작동 및 검출 도 잘 된다는 장점 이 있 다 ” 고 말 했 다 . 국내 에서 는 SKT 퀀텀 랩 이 이 방식 을 연구 하 고 있 다 . 
 ‘ 2 강 ’ 중 다른 하나 는 초전도체 를 이용 하 는 방식 이 다 . 영하 270 도 에 가까운 극저온 상태 에서 저항 이 없 어 지 는 초전도체 를 두 고 사이 에 다른 물질 을 끼우 면 전자 가 특이 하 게 두 개 씩 뭉쳐 움직이 는데 , 이 전자쌍 의 전 하나 흐름 방향 등 을 이용 해 정보 를 처리 한다 . 한국 에서 는 정연욱 표준 연 박사 팀 이 연구 한다 . IBM , 인텔 , 구글 등 매년 초 국제 가 전 전시회 ( CES ) 에서 양자 컴퓨터 를 개발 했 다고 발표 하 는 기업 들 은 모두 이 방식 을 연구 중 이 다 . 정 박사 는 “ 작년 말 에 는 IBM 이 50 개 큐비트 를 , 올해 3 월 에 는 구글 이 72 개 큐비트 를 구현 했 다고 발표 했 다 ” 며 “ 아직 논문 등 으로 증명 은 되 지 않 았 지만 , 열심히 연구 중 인 것 은 확실 하 다 ” 고 말 했 다 . 
 인텔 이 공개 한 49 큐비트 양자 컴퓨터 칩 . 아직 성능 이 논문 등 으로 공개 되 지 는 않 았 다 . - 사진 제공 인텔 
 최근 에 는 다른 방식 도 약진 했 다 . 빛 알갱이 ( 광자 ) 를 이용 하 는 방식 . 광자 가 지닌 고유 한 회전 성질 인 편광 을 이용 해 정보 를 처리 하 는 게 대표 적 이 다 . 대단히 규칙 적 인 탄소 구조 ( 결정 ) 를 이루 고 있 는 다이아몬드 내부 에 간혹 포함 된 불순물 을 찾 은 뒤 , 그 안 에 고립 된 전자 를 이용 해 정보 를 처리 하 는 다이아몬드 양자 컴퓨터 도 있 다 . KIST 양자 정보연 구단 은 이 두 가지 를 결합 한 새로운 개념 의 광자 - 원자 하이브리드 양자 컴퓨터 를 연구 중 이 다 . 
 마지막 후보 는 전자 공학 계 의 ‘ 슈퍼스타 ’ 인 반도체 다 . 반도체 를 잘 설계 하 면 , 마치 감옥 처럼 전자 가 갇히 는 구조 를 만들 수 있 다 . 이 ‘ 감옥 ’ 을 양자 점 이 라고 하 는데 , 여기 에 갇힌 전자 의 양자 역학 적 성질 ( 스핀 ) 등 을 조절 해 정보 를 처리 한다 . 한국 에서 는 김도헌 서울대 물리 천 문학부 교수 가 연구 중 이 다 . 김 교수 는 “ 초전도체 등 앞서 가 는 방식 에 비해 수년 뒤처졌 지만 , 최근 불순물 조절 등 양자 컴퓨터 를 만들 기 위한 반도체 소재 처리 기술 이 발전 하 면서 도약 을 준비 하 고 있 다 ” 고 말 했 다 . 
 과기 정통부 도 최근 양자 컴퓨터 등 차세대 컴퓨터 를 위한 원천 기술 연구 에 대한 지원 의사 를 밝혔 다 . 초 연결 사회 를 위한 스마트 소재 로 초 병렬 연산 지능 을 위한 소재 기술 을 30 대 미래 소재 중 하나 로 선정 한 것 이 다 . 인간 의 시냅스 를 모방 한 시냅스 모방 형 전자 소재 , 뉴로 모 픽 컴퓨팅 등 이 해당 된다 . 양자 컴퓨터 의 진정 한 춘추 전국시대 는 이제 시작 이 다 . 
 한국 과학 기술 연구원 ( KIST ) 양자 정보연 구단 은 다이아몬드 와 광자 를 동시 에 이용 하 는 하이브리드 양자 컴퓨터 를 연구 중 이 다 . - 사진 제공 KIST 
 미래형 ‘ 양자 컴퓨터 ’ 개발 성큼 … 고 성능 양자 광원 개발 
 정부 가 ‘ 미래 컴퓨터 ’ 로 불리 는 양자 컴퓨터 기술 개발 에 본격 나선다 . 양자 컴퓨터 의 핵심 기술 개발 에 5 년 간 445 억 원 을 투자 하 고 , 소프트웨어 와 정보 공학 분야 기술 연구 에 134 억 원 을 투자 한다 . 과학 기술 정보 통신부 는 이 같 은 내용 이 담긴 ‘ 양자 컴퓨팅 기술 개발 사업 추진 계획 ’ 과 ‘ 2019 년 도 차세대 정보 컴퓨팅 기술 개발 사업 추진 계획 ’ 을 확정 했 다고 31 일 밝혔 다 . 양자 컴퓨터 는 양자 역학 의 원리 를 이용 해 연산 속도 를 현재 의 슈퍼컴퓨터 보다 수백만 배 이상 높일 수 있 는 컴퓨터 다 . 양자 컴퓨터 의 정보 단위 를 & lsq . .. 
 유럽연합 , 10 년 간 1 조 3000 억 원 규모 초대 형 양자 기술 육성 프로젝트 발표 
 美 - 中 에 밀린 양자 기술 주도 권 회복 의도 양자 기술 육성 을 위해 10 년 동안 10 억 유로 ( 1 조 3000 억 원 ) 를 지원 하 는 유럽연합 ( EU ) 의 초대 형 신규 연구 개발 계획 이 첫 선정 과제 발표 와 함께 막 시작 됐 다 . EU 가 추진 하 는 역대 가장 큰 연구 계획 ( 이니셔티브 ) 중 하나 로 , 양자 통신 과 양자 컴퓨터 등 양자 분야 에서 미국 , 중국 등 의 경쟁자 보다 먼저 주도 권 을 잡 겠 다는 강한 의지 를 보인 것 으로 평가 받 는다 . 앞서 EU 는 2013 년 뇌지 도 프로젝트 인 ' 휴먼 브레인 ' 과 탄소 신 물질 ' 그래핀 ' 이니셔티브 를 각각 발표 해 비슷 한 규모 의 장기 연구 지원 . .. 
 미국 과 영국 연구 팀 이 다이아몬드 속 불순물 을 이용 해 미래 의 컴퓨터 인 양자 컴퓨터 에 활용 할 정보 처리 기술 을 개발 했 다 . 브렌던 로즈 미국 프린스턴 대 전기 공학 과 연구원 팀 은 인공 다이아몬드 내부 에 인위 적 으로 실리콘 성분 을 넣 어 다이아몬드 특유 의 규칙 적 인 구조 를 깬 뒤 , 그 틈 안 에 전자 등 입자 를 넣 어 양자 계산 및 메모리 에 활용 하 는 방법 을 개발 했 다 . 연구 결과 는 사이언스 6 일자 에 발표 됐 다 . 다이아몬드 는 높 은 온도 와 압력 에서 탄소 가 규칙 적 인 3 차원 구조 를 이룰 때 탄생 한다 . 결점 이 없 어 보이 지만 , 사실 내부 에 질소 등 불순물 이 간혹 . ..