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KIST, 세계 최고 양자오류정정 기술 개발

일반 리포트 2024년 12월 20일
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목차

  1. 요약
  2. 양자컴퓨터와 오류 정정 기술의 필요성
  3. KIST의 양자 오류 정정 기술 개발
  4. 주요 연구 성과와 글로벌 경쟁력
  5. 양자 오류 정정 기술의 응용 가능성
  6. 결론

1. 요약

  • 이번 리포트는 한국과학기술연구원(KIST)에서 선보인 양자컴퓨터 오류 정정 기술에 대한 종합적인 분석을 제공합니다. 양자컴퓨터는 큐비트를 사용하여 복잡한 문제를 해결할 수 있는 능력을 제공하지만, 큐비트의 불안정성으로 인해 오류 발생이 빈번하여 실용화에 장애가 되고 있습니다. 이에 대한 해결책으로, KIST는 이승우 박사 팀의 주도로 세계 최고 수준의 결함허용 범용 양자컴퓨팅 아키텍처를 개발하였습니다. 해당 아키텍처는 최대 결함허용 임곗값이 14%로, 글로벌 기업 사이퀀텀의 2.7%를 크게 상회하여 독보적인 성과를 이뤘습니다. 이번 성과는 KIST가 글로벌 양자 기술 경쟁에서 두각을 나타내며, 한국의 기술력 향상에 기여하고 있음을 보여줍니다.

2. 양자컴퓨터와 오류 정정 기술의 필요성

  • 2-1. 양자컴퓨터의 정의와 작동 원리

  • 양자컴퓨터는 0과 1로 정보를 처리하는 디지털 컴퓨터와 달리 여러 값이 중첩된 상태인 큐비트(qubit)를 사용하는 컴퓨터입니다. 큐비트는 양자 상태를 이용하여 정보를 처리하며, 기존 컴퓨터가 수행할 수 없는 복잡한 작업을 처리할 수 있게 되어 관심을 받고 있는 양자 기술 분야입니다. 이러한 기술은큐비트를 통해 복잡한 계산을 동시에 수행할 수 있는 능력을 가집니다.

  • 2-2. 큐비트의 정보 손실과 오류 발생 문제

  • 양자컴퓨터의 주요 문제는 큐비트의 정보가 빠르게 손실되어 오류가 발생한다는 것입니다. 양자 컴퓨팅 시스템의 규모가 커질수록 큐비트의 오류가 누적되어 유용한 알고리즘을 구현하기 어려워집니다. 예를 들어, 1회 연산의 정확도가 99%일 경우, 이를 100번 반복하면 정확도는 36%로 떨어지는 현상이 발생하므로 양자 오류 정정 기술이 필요합니다.

  • 2-3. 양자 오류 정정 기술의 중요성

  • 양자 오류 정정 기술의 중요성은 양자컴퓨터의 실용화를 위해 근본적인 기술이기 때문입니다. 결함허용(fault-tolerance) 범용 양자컴퓨터의 성능은 결함허용 임계값(thresholds)으로 평가됩니다. 이 임계값이 높을수록 오류 정정이 뛰어나며, 이러한 기술이 없이는 안정적이고 유용한 양자컴퓨터 시스템을 구축하는 것이 어렵습니다. 따라서 글로벌 기업들이 양자 오류 정정 기술 개발에 집중하는 이유이기도 합니다.

3. KIST의 양자 오류 정정 기술 개발

  • 3-1. KIST 연구팀의 기술 개발 과정

  • 한국과학기술연구원(KIST)의 이승우 박사팀은 양자 오류정정 기술을 개발하여 결함허용 양자컴퓨팅 아키텍처를 설계했습니다. 이 연구는 KIST의 주요 사업과 양자기술협력사업의 지원을 받아 수행되었습니다. 이번 연구 성과는 순수 국내 연구진에 의해 이루어졌으며, 국제 학술지 '피지컬 리뷰 레터스'에 2024년 8월 1일 게재되었습니다.

  • 3-2. 결함허용 범용 양자컴퓨팅 아키텍처 설계

  • KIST가 개발한 결함허용 범용 양자컴퓨팅 아키텍처는 양자 오류정정 기술을 바탕으로 하며, 최대 결함허용 임곗값이 14%로 보고되었습니다. 이는 글로벌 기업 사이퀀텀의 2.7%를 크게 초월하는 수치이며, 전 세계적으로 가장 높은 임곗값으로 평가되고 있습니다. 이러한 기술은 양자컴퓨터의 실용화를 위한 핵심 요소로 작용할 수 있습니다.

  • 3-3. 사이퀀텀 기술과의 성능 비교

  • KIST의 양자 오류정정 기술은 글로벌 선두 업체인 사이퀀텀이 최근 개발한 기술을 뛰어넘는 성능을 보입니다. KIST의 새로운 오류정정 기법은 동일한 광자 소모량으로도 사이퀀텀 방식의 기술보다 우수한 자원 효율성을 기록하였습니다. 이로 인해 KIST는 양자컴퓨팅 분야에서 한국의 기술력을 입증하는 계기를 마련하였습니다.

4. 주요 연구 성과와 글로벌 경쟁력

  • 4-1. 양자 오류 정정 기술의 성능 지표

  • 양자 오류 정정 기술은 양자컴퓨팅의 실용화에 필수적입니다. 연구팀이 개발한 오류정정 입력 퓨전 기반 양자컴퓨팅(EFBQC) 기술은 최대 14%의 결함허용 임곗값을 기록하였습니다. 이는 사이퀀텀(PsiQuantum)의 기술과 비교했을 때, 사이퀀텀의 최대 임곗값인 2.7%를 훌쩍 뛰어넘는 수치입니다. 이번 연구 성과는 2024년 8월 1일 국제학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스’에 게재되었습니다.

  • 4-2. 최대 결함허용 임계값의 의미

  • 최대 결함허용 임곗값은 양자 컴퓨터의 안정성과 신뢰성을 나타내는 중요한 지표입니다. 연구팀이 개발한 구조는 동일한 수의 자원을 소모할 경우에도 사이퀀텀 방식보다 훨씬 높은 효율성을 보여주었습니다. 이 연구 결과는 KIST의 양자 오류 정정 기술이 글로벌 기술 경쟁에서 한국의 위상을 강화하는데 기여하고 있음을 나타냅니다.

  • 4-3. 글로벌 기술 경쟁에서의 한국의 위치

  • 한국의 양자 오류 정정 기술은 국제적으로 주목받고 있으며, 글로벌 양자컴퓨팅 개발을 선도하는 주요 국가들과 경쟁하는 데 있어 중요한 역할을 하고 있습니다. 이승우 박사는 반도체 칩 설계와 유사하게 양자 컴퓨팅에서 아키텍처 설계의 중요성을 강조하며, 현재의 연구가 양자컴퓨팅의 실용화를 앞당기는 데 기여할 것이라고 언급하였습니다.

5. 양자 오류 정정 기술의 응용 가능성

  • 5-1. 양자컴퓨터 실용화를 위한 기술적 기여

  • 한국과학기술연구원(KIST) 연구팀이 독자적으로 개발한 광기반 양자컴퓨터 오류 정정 기술은 전 세계적으로 주목받고 있습니다. 이 기술은 결함허용 범용 양자컴퓨팅 아키텍처를 설계하는 데 성공했으며, 이는 기존 디지털 컴퓨터가 수행할 수 없는 작업을 양자컴퓨터가 가능하게 하는 중요한 기술입니다. 연구팀은 입력 퓨전(Encoded fusion) 기법을 활용하여 구조를 추가함으로써 성능을 높였습니다. 미국 사이퀀텀(PsiQuantum)의 결함허용 임계값 2.7%를 초월하여 최대 결함허용 임계값 14%를 달성한 결과가 대표적입니다. 이러한 성과는 양자 오류 정정 기술이 실용화될 수 있는 가능성을 더욱 높이고 있습니다.

  • 5-2. 다양한 양자 기술 분야에서의 적용

  • 양자 오류 정정 기술은 양자컴퓨팅 분야에서 다양한 적용이 가능합니다. 이 기술은 광자 기반 외에도 초전도, 이온덫, 중성원자를 활용한 양자컴퓨터 개발에서도 필수적인 요소로 작용하고 있습니다. 현재 구글, 아마존, 미국 하버드대 등 글로벌 기업들 또한 양자 오류 정정 기술 개발에 집중하고 있으며, 이는 매우 경쟁이 치열한 분야입니다. 이러한 배경 속에서 KIST의 기술이 세계 최고 수준에 오르게 된 것은 한국의 양자 기술력이 글로벌 시장에서 경쟁력을 갖추었다는 중요한 의미를 가집니다.

  • 5-3. 미래 연구 방향과 기대 효과

  • KIST의 양자 오류 정정 기술은 많은 연구자들에 의해 응용 연구가 진행될 수 있는 기반을 제공할 것으로 기대됩니다. 이승우 박사는 양자컴퓨팅의 실용화가 아직 시간이 필요하다고 밝혔으며, 향후 연구팀은 이 기술을 통해 양자컴퓨터의 실용화 시기를 앞당기기 위한 지속적인 연구 개발을 이어갈 예정입니다. KIST의 성과는 양자기술 분야의 객관적인 기준을 제시함으로써, 한국이 글로벌 기술 트렌드에 발맞추어 나갈 수 있는 기회를 부여하고 있습니다.

결론

  • KIST의 양자 오류 정정 기술 개발은 양자컴퓨터의 실용화를 앞당길 핵심 요소로 평가됩니다. 연구팀은 결함허용 범용 양자컴퓨팅 아키텍처를 통해 최대 결함허용 임계값 14%를 달성하며, 글로벌 선두주자인 사이퀀텀을 뛰어넘고 세계 최고 수준의 명성을 얻었습니다. 이러한 기술들은 향후 양자컴퓨터의 상용화를 촉진할 수 있겠지만, 여전히 많은 연구와 글로벌 협력이 필요합니다. 한국과학기술연구원의 이승우 박사팀의 성과는 한국의 양자 기술이 국제적으로 경쟁력을 갖추는 데 기여하고 있으며, 향후에도 양자컴퓨터 분야의 지속적인 발전을 기대하게 합니다. KIST의 연구는 양자 기술 트렌드에 발맞춰 나갈 수 있는 기회를 제공하며, 다양한 양자 기술 분야로의 응용 가능성도 함께 열어가고 있습니다.

용어집

  • 양자컴퓨터 [기술]: 양자컴퓨터는 큐비트라는 정보를 처리 단위로 사용하며, 기존 디지털 컴퓨터가 수행할 수 없는 복잡한 연산을 가능하게 하는 기술입니다. 양자 컴퓨팅은 현재 다양한 분야에서 응용 가능성을 보여주고 있으며, 특히 암호 해독, 최적화 문제 해결 등에 큰 잠재력을 가지고 있습니다.
  • KIST [기관]: 한국과학기술연구원(KIST)은 국내외에서 양자 기술 연구를 선도하는 연구 기관으로, 다양한 분야의 연구를 통해 기술 개발에 기여하고 있습니다. 특히, 최근의 양자 오류 정정 기술 개발은 한국의 양자 기술 경쟁력을 높이는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.

출처 문서