ICT/융합

국제 공동 연구팀, 전문용 광양자 아날로그 칩 개발

발행일 : 2019 / 07 / 06

최근, 덴마크, 중국, 영국 과학자로 구성된 국제 공동 연구팀은 실리콘 기반 광양자 칩 기술을 이용하여 통합화 전문용 광양자 컴퓨팅 및 양자 시뮬레이터를 개발했다. 해당 연구성과는 “Nature Physics”에 게재됐다.

양자정보의 효과적 전송, 처리 및 컴퓨팅 달성은 양자컴퓨터 발전을 추진하는 핵심이다. 양자컴퓨터는 고전컴퓨터를 초월하는 강대한 컴퓨팅 능력을 보유하고 있기에 고전컴퓨터로 해결할 수 없는 특수하고도 중요한 문제를 해결할 수 있다. 양자컴퓨터 발전 과정에서 두 가지 주요 기술적 어려움을 해결해야 한다. 1) 거대하고 제어 가능한 양자 소자 및 양자 시스템을 구축해야 하고 2) 다체 단일 양자 상태를 제조 및 제어함으로써 양자정보 전송, 처리 및 컴퓨팅 등 기능을 달성해야 한다. 실리콘 기반 나노 통합화 광양자 칩 기술은 상기 어려움을 해결하는 가장 잠재력이 있는 방법이다.

연구팀은 최적화 설계, 고성능 실리콘 기반 통합화 단일 광자원(Photon source) 어레이 가공을 통하여 8개 광자 양자상태를 제조함과 아울러 12가지 모델 저소모 도파관 어레이 구조에서 고품질의 양자간섭을 달성했다. 칩의 비선형 양자 광원 어레이 재구성을 통해 해당 광양자 처리장치 칩으로 촉발형 보즈 샘플링(Triggered bose sampling) 및 가우스 보즈 샘플링(Gauss bose sampling) 알고리즘을 포함한 두 가지 종류의 중요한 양자 보즈 샘플링 알고리즘을 달성할 수 있다.

연구팀은 또한 양자 보즈 샘플링을 이용하여 화학 분자에서 고유진동 형식의 동적 진화 과정을 시뮬레이션 했다. 이는 복잡한 물리화학 시스템에서 광학 전문용 양자컴퓨터 응용에 유력한 실험 근거를 제공했다. 연구 분석 결과, 칩의 소자 성능을 심층적으로 최적화할 경우 약 20개 광자 기반의 전문용 양자컴퓨터 및 양자 시뮬레이터를 구현함과 아울러 일부 복잡한 물리화학 시스템의 양자 시뮬레이션 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.

실리콘 기반 광자 통합화 칩 기술은 아주 강대한 기술로서 양자정보의 다양한 분야에 광범위하게 응용될 수 있다. 광양자 기술과 실리콘 기반 광자 통합화 기술 결합은 미래 양자 기술 분야에서 중요한 역할을 발휘할 전망이다.

동 연구는 덴마크기술대학(Technical University of Denmark) 딩윈훙(丁運鴻), 베이징대학 왕젠웨이(王劍威), 영국 브리스틀대학(University of Bristol) Stefano Paesani 등이 공동으로 수행했다.