ICT/융합

클래식 컴퓨터를 능가하는 신형 확장 가능한 광자컴퓨터 개발

발행일 : 2020 / 02 / 05

상하이교통대학교 집적양자정보기술연구센터 진셴민(金賢敏) 연구팀은 집적칩, 광자개념, 비 폰노이만아키텍처(Von Neumann architecture) 등을 결합시킨 광자컴퓨터를 개발하였다. 동 컴퓨터는 특정 난제 해결 분야에서 클래식 전자컴퓨터를 능가하는 잠재력을 보유할 뿐만 아니라 물리적 규모 확장도 가능하다. 해당 연구는 클래식 컴퓨터를 능가하는 연산능력 구현을 위해 참신한 아이디어를 제공하였고 또한 광자컴퓨터의 미래 가능성을 제시하였다. 해당 성과는 “Science Advances”에 게재되었다.

집적도의 지속적인 향상은 컴퓨터에 갈수록 강력한 연산능력을 부여하고 있다. 하지만 고도의 집적화로 초래되는 칩의 “방열 문제” 및 “양자 터널링 효과”로 인해 무어의 법칙이 머지않아 더 이상 적용되지 않을 것이란 연구보고도 속속 발표되고 있다.

새로운 연산방식 발굴은 인류의 연산능력을 더한층 향상시키는 중요한 수단이다. 이에 따라 양자컴퓨팅, DNA컴퓨팅, 광학컴퓨팅 등 연산방식이 제안되고 있다. 2019년 말에 구글은 53큐비트 양자컴퓨터를 선보이고 “양자패권”을 선언함과 아울러 최초로 비 폰노이만아키텍처의 비교우위를 규명하였다.

진셴민 연구팀은 취약한 양자특성에 의존하는 대신 광자 고유의 비교우위에 의존해 특정 연산문제에서 클래식컴퓨터를 능가하는 광자컴퓨터의 잠재력을 구현하였다.

해당 광자컴퓨터로 해석한 부분집합 합 문제(subset sum problem, SSP)는 연산 복잡도로 말하면 NP 문제(클래식 컴퓨터로 고효율적 솔루션이 불가능한 문제) 중 가장 어려운 유형에 속한다. SSP는 신형 컴퓨팅아키텍처의 연산능력 평가의 중요 지표로 이용할 수 있다.

연구팀은 SSP를 3종 기본구조로 구성된 3차원 집적광도파로네크워크에 성공적으로 매핑시킴과 아울러 펨토초레이저직접기록(femtosecond laser direct writing) 기술을 이용해 광자칩 내부에 기입하였다. 광도파로네크워크에 광자 주입시 연산과정은 활성화된다. 광자는 연산 매개체로서 광도파로네크워크에서 변화하는데 모든 가능한 변화경로 탐색을 통해 해(solution)를 찾는다.

광자컴퓨터의 병렬 연산방식, 집적광도파로네크워크의 조밀도(compactness) 그리고 빛의 매우 빠른 전파속도, 강한 간섭방지 능력 등에 힘입어 SSP 솔루션의 속도는 더 빨라졌고 물리적 규모 확장도 가능하다.

연구팀은 더 큰 규모의 광자칩 및 측정시스템을 구축해 더 큰 스케일의 문제 해결, 보다 강력한 연산능력 구현을 계획하고 있다.

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