연구
< 물리학과 안재욱 교수 >
양자컴퓨터의 기본 구성요소인 원자를 이동하여 배치하는 기술은 리드버그 양자컴퓨팅 연구에 매우 중요하다. 하지만 원자를 원하는 위치에 배치하려면, 일반적으로 광 집게라고 불리는 매우 집속된 레이저 빔을 사용해, 원자를 하나씩 잡아서 운반해야 하는데 이렇게 운반하는 동안 원자의 양자 정보가 변화할 가능성이 크다.
우리 대학 물리학과 안재욱 교수 연구팀이 레이저 빔을 이용하여 루비듐 원자를 하나씩 던지고 받는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.
연구팀은 광 집게가 원자와 접촉하는 시간을 최소화하여 양자 정보가 변하지 않도록 원자를 던지고 받는 방법을 개발했다. 연구팀은 원자의 온도가 매우 낮아 절대 영도 이하 4천만분의 일의 온도의 차가운 루비듐 원자가 광 집게의 초점을 따라서 빛이 가하는 전자기력에 매우 민감하게 움직인다는 특성을 이용했다.
< 그림 1. 원자를 던지고 받는 기술의 모식도 왼쪽의 광집게가 원자를 가속하여 던진 다음, 오른쪽의 광집게가 받아서 정지시킨다 >
연구팀은 광 집게의 레이저를 가속해서 원자에 광학적 킥을 줘서 원자를 목표지점으로 보낸 다음, 다른 광 집게로 날아오는 원자를 잡아서 멈추게 했다. 원자의 비행 속도는 65cm/s이고, 이동 거리는 최대 4.2 마이크로미터다. 기존의 광 집게로 원자를 잡아서 이동하는 기술과 대비해 원자를 던지고 받는 기술은 원자 이동을 위한 광 집게 이동 경로 계산이 필요 없어지고, 원자 배열에 생기는 결함을 쉽게 고칠 수 있다. 결과적으로 많은 개수의 원자 배열을 생성하고 유지하는 데 효과적이며, 양자 정보를 지닌 원자(flying atom qubit)를 추가로 던지고 받는 때에 양자 배열의 구조변화를 전제하는 새롭고 더욱 강력한 양자컴퓨팅 방법을 연구할 수 있다.
안재욱 교수는 “이 기술이 더 크고 강력한 리드버그 양자 컴퓨터를 개발하는 데 사용될 것”이라 말한다. “리드버그 양자 컴퓨터에서 원자는 양자 정보를 저장하고, 전자기력을 통해 인접한 원자들과 상호작용해 양자컴퓨팅을 수행할 수 있도록 배치된다. 만약 오류가 발생해 원자를 교체하거나 이동해야 할 경우, 원자를 던져서 빠르게 재구성하는 방법이 효과적일 수 있다”고 말한다.
우리 대학 물리학과 황한섭, 변우정 박사과정 연구원과 일본 국가자연과학연구소의 실바앙 드 레젤러크 연구원이 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `옵티카(Optica)' 3월 10권 3호에 출판됐다. (논문명 : Optical tweezers throw and catch single atoms).
이번 연구는 삼성미래기술재단의 지원으로 수행됐다.
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연구 빛 기반 양자컴퓨터 연산을 ‘CT처럼’ 완전히 들여다본다
빛(광학)을 기반으로 한 양자컴퓨터는 빠른 속도와 높은 확장성을 갖춘 차세대 컴퓨팅 기술로 주목받고 있다. 하지만 여러 개의 빛 신호(광학 모드)가 동시에 얽혀 작동하는 복잡한 연산 과정을 실험으로 정확히 규명하는 것은 매우 어려운 기술로 여겨져 왔다. 우리 대학 연구팀은 이러한 한계를 극복해, 복잡한 다중 광학모드 양자 연산을 CT처럼 훤하게 볼 수 있는 효율적인 기술을 세계 최초 개발했다. 이번 기술은 적은 데이터로도 대규모 연산을 분석할 수 있어, 차세대 양자컴퓨팅과 양자통신 기술 발전에 중요한 전환점을 마련했다. 우리 대학은 물리학과 라영식 교수 연구팀이 빛을 이용해 연산하는 양자컴퓨터의 내부에서 일어나는 다중 광학모드 양자연산의 특성을 빠르고 정확하게 파악할 수 있는 양자연산 토모그래피(Quantum Process Tomography) 기술을 개발했다고 17일 밝혔다. 양자컴퓨터의 ‘CT 촬영’ 기술, 한계를 뛰어넘다 ‘토모그래피(T
2025-11-17 -
연구 원자 하나 바꿔 ‘분자 접는 법’ 찾았다 ! AI 신약 개발 앞당긴다
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2025-11-16 -
행사 KAIST가 열린다! 최첨단 연구현장 공개...‘OPEN KAIST 2025’개최
우리 대학은 교내 연구·실험실 및 연구센터를 일반에 공개하는 `OPEN KAIST 2025' 행사를 10월 30일부터 이틀간 대전 본원 캠퍼스에서 개최한다고 23일 밝혔다. 2001년 시작돼 올해 13회째를 맞는 OPEN KAIST는 KAIST 공과대학(학장 이재우)이 격년제로 운영하는 대표 연구 공개 행사로, 시민이 연구 현장을 직접 체험하며 과학을 더 가깝게 만나는 프로그램을 지향한다. 올해는 16개 학과와 KAIST 우주연구원이 참여하며 △체험·시연 △랩 투어 △강연 △학과 소개 △성과 전시 등 5개 분야, 총 39개 프로그램이 운영된다. 특히 AI, 드론, 뇌과학, 원자력, 반도체 등 미래 핵심 분야를 직접 보고 배우는 과정이 대폭 강화됐다. 전산학부 한준 교수 연구실은 AI가 3차원 공간을 이해하고 가상 환경을 구성하는 기술을 소개한다. 참가자는 영상 속 사물이 재배치되는 과정을 시연으로 확인하고, 미래 사회에서 AI의 역할과 공간 인지 기
2025-10-23 -
연구 빛 0.02초로 3,000 ℃구현...수소 생산 효율 6배 높혔다
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2025-10-20 -
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2025-10-13