ICT/융합

20광자 60×60 모드 간섭회로 보손 샘플링 양자컴퓨팅 구현

발행일 : 2019 / 12 / 26

중국과학기술대학교 판젠웨이(潘建偉)/루차오양(陸朝陽) 연구팀은 국외 연구팀과 공동으로 세계 최초로 20개 광자 입력 60×60 모드 간섭회로의 보손 샘플링(Bose sampling) 양자컴퓨팅을 구현했는데 그 출력 복잡도는 48개 큐비트의 힐베르트 상태 공간(Hilbert state space)에 해당하고 차원수는 370조 개에 달한다. 해당 연구는 광자수, 모드수, 연산 복잡도, 상태 공간 등 4개 핵심지표에서 모두 기존의 세계기록을 경신하였다. 그 중 상태 공간 차원수는 동업계가 기존에 달성한 광양자 컴퓨팅 실험에 비해 100억 배 향상되었다. 해당 연구는 “Physical Review Letters”에 게재되었다.

양자컴퓨터 개발은 첨단과학 분야의 가장 큰 도전이 되었다. 양자컴퓨팅 연구의 1단계 목표는 “양자패권”이라고도 부르는 “양자컴퓨팅의 우월성” 구현이다. 즉, 개발해낸 양자컴퓨팅 프로토타입이 특정 임무 해결에서 클래식 슈퍼컴퓨터를 초월해야 한다. 초전도 큐비트를 이용한 랜덤 회로 샘플링 및 광자를 이용한 보손 샘플링 구현은 양자컴퓨팅 우월성 시연에 있어 학계가 인정하는 두 가지 경로이다.

연구팀은 자체로 개발한 국제 최고 효율 최고 품질의 단일 광자원, 최대 규모 최고 투과율의 멀티채널 광학간섭계를 사용해 20개 광자 입력 60×60 모드 간섭회로의 보손 샘플링 실험을 성공적으로 구현하였다. 동업계 유사 실험에 비해 해당 실험에서 성공적으로 통제한 단일 광자수는 5배, 모드수는 5배 증가했고 샘플링 속도는 6만 배, 출력 상태 공간 차원수는 100억 배 향상되었다. 그 중 출력 상태 공간 차원수는 다광자 높은 모드 특성에 힘입어 370조에 도달했는데 이는 48개 큐비트로 확장시킨 힐베르트 공간에 해당한다. 해당 실험은 최초로 보손 샘플링을 새로운 영역으로 넓힘과 아울러 클래식 컴퓨터로 해당 보손 샘플링 양자컴퓨팅 프로토타입을 직접적이고도 전반적으로 검증할 수 없을 수준에 도달시키는 등 양자컴퓨팅 우월성 시연의 과학목표를 향해 중요한 한 발짝을 내디뎠다.

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