ICT/융합

300킬로미터 더블 필드 양자키분배 완벽구현

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최근, 중국과기대학 판젠웨이(潘建伟)/장창(张强)/류양(刘洋) 및 칭화대학 왕샹빈(王向斌), 중국과학원 상하이마이크로시스템연구소 유리싱(尤立星) 등은 공동으로 300킬로미터 실제 환경 광섬유에서의 더블 필드 양자키분배를 구현함으로써 장거리 양자 통신 분야 연구에서 중요한 성과를 거두었다. 해당 성과는 "Physical Review Letters"의 인터넷버전에 게재되었다. 연구팀은 300킬로미터 더블 필드 양자키분배를 완벽하게 구현했을 뿐만 아니라 700킬로미터 이상의 광섬유에서 장거리 양자키분배 구현 가능성을 검증함으로써 차세대 장거리 도시 간 양자키분배의 기반으로 될 전망이다. 양자키분배는 사용자 사이에서 보안성이 아주 높은 키분배를 가능하게 함으로써 최고의 보안성 비밀통신을 실현할 수 있다. 그러나 통신 광섬유의 소모와 탐지기 소음 등 원인 때문에 양자키분배 시스템은 일반적으로 100킬로미터 이내에서만 비교적 높은 코드 레이트를 획득할 수 있다. 최근 영국 도시바 회사는 새로운 양자키분배 방안인 더블 필드 양자키분배 방안을 제안했다. 해당 방안은 단일광자의 간섭 특성을 교모하게 이용하여 일반 양자키분배 방안보다 뛰어난 코드 거리를 획득함과 아울러 이론적으로 일반 양자키분배 방안보다 뛰어난 코드 레이터를 획득함으로써 장거리, 고성능의 양자키분배에 새 방향을 제공했다. 하지만, 더블 필드 양자키분배를 실험으로 실현하기에는 조건이 너무 까다롭다. 연구팀은 다양한 실험으로 더블 필드 양자키분배 방안을 검증하고 실제 환경의 위상이 급격히 변화하는 300킬로미터 광섬유 채널에서 더블 필드 양자키분배를 실현하고 통상적인 무중계 양자키분배 방안의 최고 코드 레이트의 이론적 한계를 극복했다. 또한, 탐지기 성능 등을 향상시키는 조건에서 해당 방안이 700킬로미터 이상의 원거리 양자키분배를 구현할 수 있다고 분석하였다.

중국과기대, 양자간섭 실험을 천문학적 규모로 확장

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최근 중국과학기술대학 판젠웨이(潘建偉)/루차오양(陸朝陽) 연구팀은 중국내외 협력자와 공동으로 세계 최초로 양자점 단광자(Single Photon)와 태양광 간 2광자 간섭, 양자얽힘, 비국소성 등을 실험적으로 관찰했다. 해당 연구는 독립적 광자 간 양자간섭 실험을 서로 1.5억 km 떨어진 두 개의 독립 광원으로 확장시켰을 뿐만 아니라 최초로 천문학적 규모에서 양자통계 원리의 보편성을 검증함과 아울러 열광 필드(thermal light field) 양자화의 직접적 실험증거를 제시했다. 해당 성과는 "Physical Review Letters"에 게재되었다. 다수 양자정보기술의 기반인 독립적 광자 간 양자간섭 현상은 고전적인 전자기파 원리로 해석할 수 없으며 반드시 광 필드를 양자화 처리해야 한다. 현재 세계적으로 보고된 연구에 의하면 다양한 광원 간 양자간섭은 이미 실현되었다. 중국과기대 연구팀은 최초로 자연적 원거리 열광원인 태양을 이용한 양자광학 실험을 제안했다. 높은 대비도의 양자간섭을 명확하게 관찰하기 위한 실험에서 주요 어려움은 고성능 단일 광자원 및 다자유도 양자 이레이저(quantum eraser) 기술의 개발이다. 판젠웨이/루차오양 연구팀은 펄스 공명으로 마이크로캐비티 결합을 여기시킨 단일 양자점으로 단일편광, 고효율, 고순도, 높은 동일성, 최적 종합성능의 단일 광자원을 구현했다. 이를 토대로 연구팀은 초협대역 필터링, 초단시간 식별 등을 포함한 일련의 양자 이레이저 기술을 개발했다. 실험에서 50% 이상 고전적 한계(classical limit)의 80% 간섭 대비도를 관측함과 아울러 열광(thermal light)의 양자화 성질을 분명히 입증함으로써 천문단위 규모에서 양자 보스(bose) 통계 원리의 보편성을 검증했다. 그리고 태양광 광자와 양자점 단광자 간 충실도가 0.826에 달하는 얽힘상태를 구현함과 아울러 이처럼 공통적인 역사적 유래가 없는 해당 얽힘광자를 이용해 벨 부등식을 검증했고 또한 3배 표준편차 이상의 위반을 실험적으로 획득함으로써 양자역학의 비국소성을 재차 검증했다.

광전식 인코더 자체개발 관련 핵심기술 파악

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최근 중국은 최초로 고정밀도 절대치형 로터리 광전식인코더(absolute value rotary photoelectric encoder) 핵심 칩 및 관련 기술을 자체적으로 개발했다. 광학, 전자, 정밀기계 기술의 집대성인 로터리 광전식인코더는 광전원리를 이용해 회전축의 회전각도 변화를 검출하는 센서로서 엘리베이터, 로봇, 드론, 수치제어 공작기계, 정밀조각기, 의료기계 등에 광범위하게 응용된다. 해당 인코더는 스마트제조 실현 과정에서 필수적인 첨단 제어센서설비이다. 현재 중국의 로터리 광전식인코더 핵심 칩의 수입 의존도는 심각하다. 그리고 중국내 관련 업체 첨단제품은 대부분 독일과 일본의 해결방안을 채택하고 있다. 연구팀은 광전식 인코더 핵심기술을 자체적으로 파악함과 아울러 포토다이오드 어레이, 고정밀도 저잡음 연산증폭기, 제2단 고정 게인 증폭기, 백래시(backlash)가 존재하는 히스테리시스 비교기(hysteresis comparator) 등으로 구성된 정밀도가 23자리에 달하는 로터리 광전식인코더 칩을 개발했다. 해당 칩은 마이크로 3채널 광학버니어(optical vernier) 부호화 기술, 실시간 빛의 세기 교정기술을 통합시켜 온도에 따른 LED 발광 변화, LED 노화, 인코딩 디스크(encoding disk)의 기름·먼지 오염, 탐지기 표면의 청결도 미흡 등 환경요인이 인코더 판독 값에 미치는 영향을 제거함으로써 인코더의 반복 정밀도 및 위치결정 정밀도를 향상시켰다. 이외에도 연구팀은 새로운 분리식 인코더 구조를 발명했다. 아울러 해당 구조로부터 새로운 분리식 인코더 교정·설치 방법을 파생시켜 분리식 인코더 교정·설치 과정의 조작 난이도를 낮추었을 뿐만 아니라 분리식 인코더 완제품의 두께를 뚜렷이 감소시켜 인코더 설치공간을 절약했다.

양자 네트워크 비국소성 연구 관련 성과

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중국과학기술대학 판젠웨이(潘建偉)/장창(張強)/판징윈(範靖雲) 연구팀은 중국과학원 상하이마이크로시스템정보기술연구소, 상하이교통대학 등 기관과 공동으로 세계 최초로 국소성, 측정 독립성, 얽힘원 독립성 등 허점을 차단한 조건에서 양자 네트워크의 2원 숨은 변수 이론에 대한 실험적 검증을 달성함으로써 양자 네트워크에서의 양자 비국소성 실험연구 및 응용을 위해 새 경로를 개척했다. 해당 성과는 "Nature Photonics"에 온라인으로 게재되었다. 비국소성은 양자역학의 주요 성질이며 또한 아인슈타인이 양자역학의 완전성을 질의한 주요 원인이다. 지난 수십 년 동안 다양한 이체 물리시스템에서 수행한 벨 부등식 위반을 대표로 하는 비국소성 실험적 검증은 모두 양자 비국소성을 지원한다. 이 과정에서 발전된 이론 및 실험기술은 양자정보과학의 발전에 기반을 마련했고 또한 크나큰 추진역할을 했다. 양자 네트워크의 발전과 함께 복잡한 토폴로지 구조 및 상호 독립적 얽힘원은 양자 비국소성에 보다 풍부한 물리적 함의, 보다 많은 잠재적 응용을 부여할 수 있음을 발견했다. 예를 들어 얽힘 교환 네트워크에서 2개의 독립적인 얽힘원에서 유래된 광자는 어떠한 공통역사 및 상호작용이 없이도 양자 얽힘을 발생할 수 있다. 벨의 단일 숨은 변수 이론을 2원 숨은 변수 이론에 합리적으로 확장시키면 각각의 얽힘원에 대응하는 숨은 변수도 상호 독립적이므로 벨 부등식과 유사한 2원 국소 부등식을 도출할 수 있다. 2체 시스템에서의 벨 부등식에 비해 해당 2원 국소 부등식 위반은 비2원 국소성 검증 외, 시스템 대비도에 대한 요구가 낮을 뿐더러 보다 높은 잡음 허용도를 보유한다. 해당 이론은 더 복잡한 양자 네트워크에 확장 가능하다. 최근 설비 독립적 양자정보 처리에서 무허점 벨 검증이 중요하게 응용되는데 비추어 이러한 유형의 다원 비국소성이 양자 네트워크의 설비 독립적 양자정보 처리에서 중요한 역할을 발휘할 것으로 예상된다. 현재 관련 분야 이론연구가 한창인 가운데 양자 네트워크의 다원 국소 부등식 및 그 응용 관련 연구가 이슈로 되고 있다. 하지만 실험에서 2원 국소 부등식에 대한 무허점 검증은 매우 큰 기술적 어려움이 존재한다. 이를 위해서는 기존의 무허점 벨 부등식 검증에서 차단해야 하는 모든 허점 외, 얽힘원 간 독립성 허점도 추가로 차단해야 한다. 하지만 기존 실험에서 어떠한 허점도 성공적으로 차단시키지 못했다. 최근 수년간 판젠웨이/장창 등은 세계 최초로 독립적 얽힘원의 원거리 동기화 기술을 구현함과 아울러 선후하여 도시권 광섬유 네트워크에서 독립적 얽힘원 기반의 양자 순간이동, 100km 얽힘 교환 등 일련의 작업을 수행했다. 이를 토대로 연구팀은 무작위 위상을 보유한 레이저 펄스를 얽힘원의 시드라이트(seed light)로 하여 얽힘원의 독립성을 완벽히 보장하는 한편 얽힘원의 독립성 허점도 차단했다. 연구팀은 고속 편광 변조기를 더 한층 발전시켰고 또한 양자 난수발생기에서 생성된 신호로 편광 변조기를 구동시켰다. 이로써 250MHz 반복주파수 조건에서 광자 편광상태에 대한 99% 충실도의 정밀 조절을 달성했다. 상기 기술의 개발은 비국소성 검증에 필요한 거리 요구를 대폭 낮춤으로써 소형 양자 네트워크 구축만으로도 국소성 및 측정 독립성 허점을 차단시킬 수 있다. 해당 실험에서 연구팀은 2원 국소 부등식의 45개 표준편차에 대한 위반도 달성했을 뿐만 아니라 벨 부등식 위반에 비해 우수한 잡음 허용도를 구현했다.

중국과기대, 최초로 고차원 양자 순간이동 달성

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최근, 중국과기대 판젠웨이(潘建偉)/루차오양(陸朝陽)/류나이러(劉乃樂) 연구팀과 오스트리아 빈대학(University of Vienna) Salinger 연구팀은 공동으로 고차원 양자 시스템의 순간이동을 세계 최초로 구현했다. 이는 1997년에 2차원 양자 순간이동 실험 후 최초로 이론 및 실험으로 양자 순간이동을 임의의 차원으로 확장시킴으로써 복잡한 양자 시스템의 완정한 상태 전송 및 고효율 양자 네트워크 구축에 튼튼한 과학 기반을 마련했다. 해당 성과는 "Physical Review Letters"에 게재됐다. 양자정보는 광자, 원자 등 마이크로 입자의 정밀하고 능동적인 조작을 통해 혁신적 방식으로 정보에 대한 암호화, 저장 및 전송을 구현할 수 있기에 정보보안 및 컴퓨팅 속도 등 영역에서 고전 정보기술의 기술적 어려움을 극복할 수 있다. 양자통신은 현재 유일하게 입증된 무조건 보안 통신 방식으로서 정보보안 전송 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 양자 컴퓨팅은 초고속 병렬 컴퓨팅 능력을 보유하고 있기에 암호 분석, 빅데이터 처리 및 재료 설계 등 대규모 컴퓨팅 어려움에 해결 방법을 제공할 전망이다. 양자 순간이동은 양자얽힘을 기반으로 물질 자체를 전송하지 않고서도 미지의 양자상태를 원거리 전송할 수 있으며 또한 원거리 양자통신 및 분포식 양자 컴퓨팅의 핵심 기능 유닛이다. 기존의 모든 양자 순간이동 실험은 양자상태의 2차원 부분 공간(Sub space)에 제한되었다. 고차원 양자상태 순간이동은 1개 양자 시스템의 완정한 전송을 달성하는 마지막 하나의 해결해야 할 문제이다. 하지만 실행 가능한 이론 방안 및 실험 기술 분야에서의 이중적 어려움으로 상기 문제점을 해결하지 못했다. 고차원 시스템에서 차원의 이차항 증가에 따라 증가되는 벨 상태수 및 그에 따라 증가되는 복잡한 얽힘 특성으로 인하여 새로운 실행 가능한 이론 방안을 개발할 필요성이 있다. 실험 기술 분야에서 고차원 벨 상태를 측정하려면 동등 효과로 독립된 광자의 고차원 양자상태 사이의 제어 논리 게이트를 구현해야 하는데 이는 양자 정보기술의 "무인지경"이다. 상기 핵심 문제를 해결하려면 이론 및 실험의 동기적 혁신을 달성해야 한다. 2014년, 판젠웨이/루차오양 연구팀은 다자유도 양자 순간이동 실험을 완료한 후 고차원 프로젝트에 대한 심층적 연구를 수행했다. 연구팀은 이론 분야에서 최초로 광자 시스템의 임의의 차원으로 확장 가능한 벨 상태 측정 및 양자 순간이동 방안을 제안했으며 실험 분야에서 하나의 추가적 보조 광자를 도입해 고안정성 다채널 경로 간섭 기술을 개발함으로써 다광자 다차원 상호작용의 실험 토대를 개척함과 아울러 이를 기반으로 고차원 양자 순간이동을 구현했다. 3차원 양자상태의 전체 12개 비편향 기저 벡터(Basis vector)를 실험으로 테스트한 결과, 측정한 고차원 양자 순간이동 충실도는 75%로써 25개 통계 표준편차로 고전적 한계를 초과했다. 이로써 해당 과정의 비고전성 및 고차원 특성을 엄격하게 입증했다. 고차원 양자 순간이동은 양자통신 분야에서 장기간 존재한 어려움으로서 해당 어려움의 해결은 양자역학적 기본 검사 및 양자 기술의 새 응용 서막을 열었다.

중국 첫 사물인터넷 별자리, 기본적인 네트워킹 운행 달성

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2019년 8월 17일 12시 11분, 제룽(捷龍) 1호 상업용 로켓이 최초 발사에서 베이징궈뎬가오커(國電高科)과학기술유한회사가 개발한 톈치(天啟) 별자리의 3번째 업무위성 톈치·창저우호(天啟·滄州號)를 성공적으로 궤도에 진입시켰다. 이는 톈치 사물인터넷 별자리가 기본적인 네트워킹 운행을 달성했음을 의미한다. 중국 첫 네트워킹 운행을 달성한 사물인터넷 별자리인 톈치 별자리는 고효율적인 통신시스템 및 스펙트럼 효율을 사용함으로써 사용자에게 신뢰적이고 경제적인 위성 사물인터넷 서비스 및 업체 해결 방안을 제공할 전망이다. 톈치 별자리는 38개 저궤도, 저경사각 소위성으로 구성됐다. 그중 36개 위성은 궤도 높이를 900km, 궤도 경사각을 45°로 채택함과 아울러 매 하나의 궤도면에 6개 위성을 배치하여 모두 6개 궤도면을 형성했으며 이외 2개 위성은 태양동기궤도 위성이다. 톈치 별자리의 기본적인 네트워킹 운행 달성 후 시간 해상도는 4시간에 달할 예정이다. 2019년 말 전에 톈치 별자리에 5개 위성을 발사하여 시간 해상도를 1시간 이내에 도달시킴으로써 40% 업무량 요구를 만족시키는 한편 2020년에 전체 38개 위성의 네트워킹을 완료함으로써 글로벌 업무 실시간 커버리지 능력을 달성할 계획이다. 위성 사물인터넷 산업의 신속한 발전에 따라 중국, 미국을 대표로 하는 항공우주 기업은 수십 개 저궤도 위성 별자리를 구축해 저궤도 별자리의 광범위한 커버리지, 저시간 지연, 고신뢰도 등 특성 기반 저원가, 고효율 위성 사물인터넷 서비스 제공을 계획하고 있다. 중국의 우주 사물인터넷 구축 "선도자" 톈치 별자리는 최초로 1조 위안(한화로 약 171조 원)급 시장을 이끌 전망이다. 톈치 별자리의 핵심 포인트는 100mW급 단말 출력 달성이다. 전통적인 위성통신 단말은 1W 이하의 출력을 달성하기 어렵다. 톈치 별자리의 목표는 독특한 통신 시스템을 통해 단말 발사 출력을100~500mW로 제어하려는데 있다. 2019년 6월에 발사한 톈치 3호 위성에 대한 궤도상 테스트 결과, 저경사각 조건에서 단말 발사 출력이 500mW이면 90% 이상의 접속 성공률을 유지할 수 있는 외 병행 사용자 접속수도 설계 요구를 만족시킬 수 있다. 톈치 별자리 네트워킹은 해양목장, 수문 모니터링 등 업체의 시범응용을 달성한 후 컨테이너 수송 모니터링, 국가 전력망 모니터링, 환경 모니터링, 삼림 화재방지 모니터링, 농업 사물인터넷 모니터링 등 수십 개 분야에서 위성 사물인터넷 별자리의 시범응용 및 기본적인 모듈화 상업 운영을 수행할 계획이다.

중국과기대, 세계 최초로 고성능 단일 광자원 구현

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최근 중국과학기술대학 판젠웨이(潘建偉) 연구팀은 세계 최초로 확정적 편광(Deterministic polarization), 고순도, 높은 동일성, 고효율의 단일 광자원(Photon Source)을 구현함으로써 광학 양자컴퓨팅 특히 고전 연산능력을 초월하는 양자패권 달성을 위해 튼튼한 과학기반을 마련했다. 해당 성과는 "Nature Photonics"에 게재되었다. 단일 광자원은 광학 양자정보기술의 핵심적 자원이다. 완벽한 단일 광자원은 확정적 편광, 고순도, 높은 동일성, 고효율 등 4개 상호 모순되는 조건을 동시에 만족시켜야 한다. 그러나 기존 기술로 구현한 단일 광자는 품질이 떨어져 실용화 양자기술에 응용될 수 없다. 완벽한 단일 광자원을 구현함에 있어 2가지 어려움이 존재하는데 하나는 양자점이 무작위로 2종 편광 광자를 방출하는 것이고 다른 하나는 공명 여기(resonance excitation)를 위해 배경 레이저를 제거해야 한다는 것이다. 상기 2가지 어려움을 해결하려면 이론 및 실험 분야에서 동기혁신을 달성해야 한다. 연구팀은 이론적인 분야에서 타원 마이크로캐비티로 대칭성을 타개함으로써 캐비티 모드(cavity mode)를 2개 비축퇴 수직편광 모드로 분열시키는 방안을 제안했다. 이로써 단일 편광 단일광자를 선택적으로 증강시켰다. 또한 실험에서 수직편광 무손실 소광기술을 개발함으로써 상기 2가지 어려움을 동시에 해결하는 효과를 거두었다. 이를 토대로 내로밴드(narrow band) 마이크로컬럼(microcolumn)과 브로드밴드 표적 마이크로캐비티에서 각각 확정적 편광, 고순도, 높은 동일성, 고효율을 동시에 만족시키는 단일 광자원을 실험적으로 구현했다. 연구팀은 단일 광자원 종합성능의 세계 기록을 다시 한 번 경신함과 아울러 양자패권 달성을 위한 중요한 성과를 얻었다. 해당 성과는 확장 가능한 광학 양자정보기술 분야에서 중국의 선도 지위를 확고히 하였다. 또한 원고심사자로부터 오랫동안 존재해온 난관을 극복한 위대한 성과로 향후 관련 분야 연구를 유력하게 촉진할 전망이라는 평가를 받았다.

20개 초전도 큐비트 얽힘 달성

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최근, 중국 연구진이 20개 초전도 큐비트를 보유한 양자칩을 개발함과 아울러 전체적 얽힘을 구현함으로써 고체상태 양자소자에서 얽힘 상태 큐비트 수 생성 세계기록을 경신했다. 해당 성과는 "Science"에 게재됐다. 해당 초전도 큐비트 칩의 크기는 약 1cm2이고 20개 큐비트가 중심의 공진 캐비티 주변에 균일하게 분포됐다. 이는 저장(浙江)대학 초전도 양자 컴퓨팅 및 양자 시뮬레이션 연구팀이 실험실에서 달성한 4세대 회로 설계 방안이다. 그 목표는 임의적 2개 큐비트 사이의 직접적 "소통"을 달성함으로써 전체적 얽힘을 구현하려는데 있다. 전체적 얽힘은 전체 큐비트가 함께 협동하여 작업에 참여하게 하기 위한데 있으며 양자 제어는 양자 컴퓨팅 기술의 최고봉이다. 전체적 얽힘의 구현은 양자 제어 성공 여부를 검증하는 표지이다. 컴퓨터는 "0"과 "1"을 이용하여 정보 저장 및 처리를 수행한다. 고전컴퓨터의 1개 비트는 1개의 일반 스위치와 유사하며 0 또는 1이다. 양자컴퓨터의 양자 얽힘 및 중첩 특성으로 인하여 1개 큐비트는 동시에 0과 1을 대표할 수 있다. 실험실 제어 조건에서 연구팀은 187 나노초 내에 20개 인공원자가 "출발"시 상호간섭 상태로부터 여러 차례의 변화 과정을 거쳐 최종적으로 두 가지 상반되는 상태가 동시에 존재하는 얽힘상태 형성 과정을 포착했다. 해당 큐비트 제어에 의한 전체적 얽힘상태 형성은 연구팀이 진정으로 해당 큐비트를 활성화시켰음을 의미한다. 큐비트 수는 양자컴퓨터 성능을 평가하는 주요 지표이다. 큐비트 수가 50개 이상에 달할 경우 특정문제 처리에서 슈퍼컴퓨터의 운산 능력을 초월할 수 있다. 20개 초전도 큐비트를 보유한 양자칩은 전체 큐비트 사이를 상호 연결시킬 수 있는 특성을 갖고 있는데 이는 양자칩의 작동 효율을 향상시킬 수 있으며 또한 20 비트 얽힘을 선도적으로 달성한 주요 원인이다. 해당 연구는 저장대학, 중국과학원 물리연구소, 중국과학원 자동화연구소, 베이징계산과학연구센터 등이 공동으로 수행했다.

중국 첫 범용형 클라우드 운영체제 출시

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2019년 8월 8일 오후, 중국 첫 범용형 클라우드 운영체제(Operating system, OS) 안차오(安超) OS 2020이 출시했다. 해당 운영체제는 국내외 다양한 브랜드 서버를 지원할 수 있을 뿐만 아니라 중국산 칩, 운영체제 및 미들웨어(Middleware)에 전면적으로 적용되며 국가 및 업체의 각종 인증에 통과됐다. OS라고 약칭하는 운영체제는 컴퓨터 시스템의 커널(kernel) 및 기반이다. PC, 핸드폰 운영체제 등에 비하여 클라우드 컴퓨팅 운영체제는 더욱 복잡하다. 또한 서버, 메모리, 네트워크 등 기본 하드웨어 자원 및 PC 운영체제, 미들웨어, 데이터베이스 등 기본 소프트웨어에 기반하기에 대량의 기본 하드웨어/소프트웨어 자원을 관리할 수 있다. OS 운영체제는 범용성을 보유하고 있기에 "어느 한 클라우드"에 대하여 서비스하는 것이 아니라 "모든 클라우드"에 대하여 서비스한다. 뿐만 아니라 해당 클라우드 운영체제는 기존에 중국의 기타 기업에서 개발한 클라우드 운영체제와 달리 "벤더 종속(Vendor lock-in)"이 없기에 생태계 구축에 우호적인 기반을 마련할 전망이다. 최근 중국은 산업, 금융, 텔레콤, 교통, 교육 등 분야에서 클라우드 컴퓨팅의 응용을 추진하고 있다. 2019년 7월, 중국은 "클라우드 컴퓨팅 서비스 안전평가 방법"을 발표하여 클라우드 컴퓨팅 서비스의 네트워크 보안 리스크를 엄격히 관리함과 아울러 관련 업체가 업무 및 데이터를 클라우드 서비스 플랫폼에서 처리하는 안전성을 보장했다. 다중 클라우드 세계는 보편적으로 인정받고 있지만 사설 클라우드(Private cloud)는 기존에 거짓 명제(False proposition)로 인정받았으며 2013년 전에 중국은 사설 클라우드를 거의 사용하지 않았다. 하지만 IDC 데이터에 의하면 최근 중국은 사설 클라우드 점유량이 60%를 초과하며 2018년, 사설 클라우드 관련 인프라시설 시장은 약 50% 증가됐다. 사설 클라우드는 현재 매우 활기를 띤 주채널(Main channel)로 되고 있으며 중국의 관련 정부기관, 기업이 대량으로 사용함으로써 사설 클라우드 산업은 점차 시장 세분화를 형성하고 있다.

하이젠베르크 한계 정밀도의 일반 채널 파라미터 측정 구현

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중국과학기술대학 궈광찬(郭光燦) 연구팀은 홍콩중문대학 위안하이둥(袁海東) 연구팀과 공동으로 일반 비가환(noncommutative) 채널 파라미터 측정에서 양자제어를 통해 비가환의 양자채널을 능동 제어함으로써 세계 최초로 하이젠베르크 정밀도의 일반 비가환 채널 파라미터 측정을 구현했다. 해당 성과는 "Physical Review Letters"에 온라인으로 게재되었다. 정밀측정은 과학기술 개발의 주요 원동력이다. 기존 가장 선진적인 재래식 정밀측정기술인 레이저간섭계중력파관측소(LIGO)는 재래식 방법의 정밀도 한계에 도달했을 뿐만 아니라 표준 양자 정밀도 한계[일명 산탄잡음(shot noise) 한계]의 제한을 받고 있다. 차세대 양자정밀측정기술은 재래식 방법의 산탄잡음 한계를 뛰어넘고 하이젠베르크 정밀도 한계에 도달할 수 있다. 현재 해당 양자정밀측정기술은 이미 가장 간단한 가환채널(값이 다른 파라미터 채택시 교환되는 채널) 조건의 광학 위상측정 실험에서 성공적으로 구현되었다. 하지만 물체 방향 측정, 양자 자이로스코프, 퀀텀게이트 토모그래피 등 실제 측정에서 채널 교환 조건은 일반적으로 충분하지 않으며 비가환 채널(값이 다른 파라미터 채택시 교환되지 않는 채널)이 곳곳에 존재한다. 그러나 비가환 채널 양자정밀측정은 가환 채널 측정과 완전히 다른 특성을 보유한다. 예를 들면 양자정밀측정의 직접적 순서측정 방법은 가환채널에서 하이젠베르크 정밀도 한계에 도달할 수 있지만 비가환 채널에서의 정밀도는 심지어 재래식 방법에서의 산탄잡음 정밀도 한계에도 도달하지 못한다. 연구팀은 실험에 양자제어 도입을 통해 비가환 양자채널을 가환 양자채널로 조절함으로써 세계 최초로 일반 비가환 채널 파라미터 측정에서의 하이젠베르크 정밀도 한계 도달을 구현했다. 하지만 해당 최적 제어는 일반적으로 자가적응 갱신을 필요로 한다. 연구팀은 이론적 최적 자가적응 갱신이 필요 없는 특수 시점을 찾아 실험의 확장성을 더한층 높였다. 아울러 광학시스템에서 8차 제어증강된 순서측정을 완수했는데 실험 정밀도는 하이젠베르크 정밀도 한계에 근접했다. 이외 해당 방법의 직관적 물리영상을 획득했고 또한 순서측정에서 매 소스의 유효정보가 어떻게 코히런트 누적(coherent accumulation)되는지를 규명함과 아울러 양자제어가 이러한 유효정보 보강간섭(constructive interference) 누적 과정에서의 역할을 확인했다. 기존의 가환 채널 파라미터 정밀측정과 관련한 측정실험 작업과 비교해 상기 연구는 일반 채널 파라미터 측정을 하이젠베르크 정밀도 한계로 도달시키는 새 경로를 개척했다. 또한 양자제어를 이용한 양자채널 조절을 통해 양자정밀측정의 정밀도를 높이는 새 방향을 제시했다.