세계 최고 정확도로 양자 통신·컴퓨팅 큐비트 상태 측정한다

표준연·한양대·고등과학원·ETRI 공동 개발…"측정속도도 단축"

국내 연구진이 양자 통신과 양자 컴퓨팅 정보 단위인 '큐비트' 상태를 세계 최고 수준 정확도로 빠르게 측정하는 기술을 개발했다.

한국표준과학연구원은 이상민 책임연구원과 박희수 양자기술연구소장, 한양대 이진형 교수, 고등과학원 김재완 교수, 한국전자통신연구원(ETRI) 방정호 선임연구원이 양자 상태를 정밀 측정하는 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

양자 상태 측정이 부정확하면 양자 컴퓨터의 계산이나 양자 암호통신 오류를 불러올 수 있다.

정밀 측정 연구는 꾸준히 이뤄져 왔으나, 직접 측정할 대상의 수가 많지 않아 정밀도가 제한적이다.

최근에는 이를 개선하기 위해 양자 입자를 단계별로 측정해 특정 값을 추정하는 머신러닝 방법론이 사용됐으나, 단계별 정보를 갱신하기 위해서는 상대적으로 많은 양의 데이터를 지속해 업데이트하는 것이 필요하다.

이 때문에 시간이 계산 과정이 오래 걸렸다.

공동 연구진은 훨씬 단순한 규칙을 활용, 시간 소요가 거의 없는 머신러닝 방법론을 개발했다.

이 방법으로 10만분의 1 수준 정확도로 큐비트 상태를 측정할 수 있음을 실험으로 입증했다.

기존 결과보다 5배 이상 정확도를 높였다.

이 기술은 인공위성 양자 암호통신의 송신부와 수신부 기준 축을 실시간으로 정렬·보정하는 작업에 적용될 수 있다.

인공위성에서 활용되는 양자 통신은 광자들의 편광을 이용해 양자 정보를 전송하는데, 기준 축 정렬이 부정확하면 암호키 분배율이 떨어지거나 분배 자체가 불가능해질 수 있다.

연구진이 개발한 기술은 복잡한 계산 없이 빠른 정렬을 수행할 수 있어 이런 문제를 해결할 수 있다.

표준연 이상민 책임연구원은 "양자 통신 장치 최적화 같은 양자 응용기술의 실질적인 속도 향상에도 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구 성과는 물리 분야 최고 권위지인 '피지컬 리뷰 레터스'(Physical Review Letters) 지난달 30일 자에 게재됐다.

/연합뉴스