우리 연구진이 더 강력한 양자컴퓨팅 방법을 연구할 수 있고 원자 배열 시 결함을 쉽게 고칠 수 있는 기술을 개발했다.
한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 안재욱 물리학과 교수팀이 레이저 빔으로 루비듐 원자를 하나씩 던지고 받는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.
이번 성과와 같이 양자컴퓨터 기본 구성요소인 원자를 이동·배치하는 기술은 '리드버그 양자컴퓨팅' 연구에 매우 중요하다. 리드버그 원자는 높은 에너지 상태 원자로 지름이 일반 원자보다 1만배 큰 마이크로미터(㎛) 수준이다. 원자 간 상호작용도 훨씬 강하다. 이를 이용하는 것이 리드버그 양자컴퓨터다.
원자를 원하는 위치에 배치하려면 '광 집게'라는 레이저 빔으로 원자를 하나씩 잡아 운반하는데 이 경우 원자 양자 정보가 변화할 가능성이 크다.
연구팀은 광 집게가 원자 간 접촉 시간을 최소화해 양자 정보가 변하지 않도록 원자를 던지고 받는 방법을 개발했다.
원자 온도가 절대 영도 이하 4000만분의 1 온도인 루비듐 원자가 광 집게 초점을 따라 매우 민감하게 움직이는 특성을 이용했다. 광 집게 레이저를 가속해 원자를 목표지점으로 보낸 뒤 다른 광 집게로 날아오는 원자를 잡아 멈추게 했다.
원자 비행 속도는 초당 65㎝고 이동 거리는 최대 4.2㎛다. 광 집게로 원자를 잡아 이동시키는 기존 기술과 비교해 원자 이동 경로 계산이 필요 없다.
원자 배열에 생기는 결함을 쉽게 고칠 수 있다. 또 많은 원자 배열을 생성하고 유지하는 데 효과적이다. 양자 정보를 지닌 원자를 추가로 던지고 받을 때 양자 배열 구조변화로 새롭고 더 강력한 양자컴퓨팅 방법을 연구할 수 있다.
안재욱 교수는 “이 기술이 더 크고 강력한 리드버그 양자 컴퓨터를 개발하는 데 사용될 것”이라며 “만약 오류가 발생해 원자를 교체하거나 이동해야 할 경우 원자를 던져서 빠르게 재구성하는 방법이 효과적일 수 있다”고 설명했다.
황한섭·변우정 KAIST 물리학과 박사과정 연구원과 실바앙 드 레젤러크 일본 국가자연과학연구소 연구원이 참여한 이번 연구는 국제 학술지 '옵티카' 3월 10권 3호에 출판됐다. 이번 연구는 삼성미래기술재단 지원으로 수행됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
