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KAIST-MIT 양자 정보 겨울학교 개최
우리 대학이 8일부터 2주간 양자 인재 육성을 위한 'KAIST-MIT 양자 정보 겨울학교'를 대전 본원에서 개최한다.
우리 대학과 MIT 교수진 총 6명이 현장에서 직접 강의하는 이번 겨울학교는 양자 정보 과학 분야의 흥미를 유발하고, 국내 우수한 이공계 학생들에게 깊이 있는 교육의 기회를 제공하기 위해 마련됐다. 8일 열리는 개교식에서는 2001년 노벨 물리학상을 받은 볼프강 케털리(Wolfgang Ketterle) 교수가 기조 강연한다. 개교식 후에는 볼프강 케털리, 세스 로이드(Seth Lloyd), 윌리엄 올리버(William Oliver) 등 MIT 교수진의 1주 차 강연이 이어진다. 15일부터 시작되는 2주 차에는 문은국·최재윤(물리학과), 배준우(전기및전자공학부) 등 우리 대학 교수진이 강연할 예정이다.
양자대학원(원장 김은성)는 이번 겨울학교를 위해 양자 정보 과학에 관심 있는 전국 대학의 3~4학년 학부생을 선발했다. 우리 대학 재학생을 포함해 서울대·포스텍·고려대 등 전국 13개 대학 소속 38명의 학생이 참여한다. 양자 통신, 양자 센싱, 양자 컴퓨팅, 양자 시뮬레이터 등 양자 정보 과학 전반에 걸쳐 기본 개념과 각 분야를 대표하는 실험 소개, 기술적 한계와 대응 방안 등을 배우는 미니 코스가 함께 운영된다.
또한, 초전도, 광자, 중성원자를 기반으로 하는 다양한 양자 정보 과학 분야의 최신 연구 결과를 학생들이 서로 질문하고 토의하는 포스터 세션이 열린다. 이론으로 배운 내용이 실제로 활용되는 연구 현장인 한국표준과학연구원, 한국전자통신연구원 방문 프로그램도 진행돼 이론과 실무를 아우르며 양자 정보 연구 분야를 깊이 있게 이해할 수 있는 교육 과정을 제공할 예정이다.
우리 대학은 이번 겨울학교 참가 학생들의 교육 과정은 물론 체제에 필요한 경비 일체를 지원하며, 대전시도 함께 후원한다. 이광형 총장은 "국가전략기술 중 하나인 양자기술의 중요성이 점차 확대되는 가운데, 이번 양자 정보 겨울학교를 통해 참가 학생들에게 양자 정보 과학 전 분야에 대한 폭넓은 지식과 시야를 제공할 수 있을 것으로 기대한다"라고 전했다.
2024.01.09 조회수 8765 -
20큐비트급 소형 리드버그 양자컴퓨터 개발
우리 대학 물리학과 안재욱, 문은국 교수 연구팀이 20큐비트급 리드버그 양자컴퓨터를 개발해 계산과학의 난제인 최대독립집합 문제를 계산했다고 22일 밝혔다.
양자컴퓨터는 양자역학의 원리를 사용하여, 디지털컴퓨터로는 불가능한 계산을 수행할 것으로 예상되는 대표적 미래기술이다. 20큐비트급 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터가 백만회 순차 처리해야 하는 계산량을 한 번에 처리하는 계산성능을 갖는다.
세계 주요국들은 양자컴퓨팅을 전략기술로 분류해, 국가적 연구역량을 집중하고 있으며 글로벌 대기업, 기술벤처, 국가연구소와 주요 대학의 막대한 시설과 인력, 연구비가 동원되고 있다. 우리나라 정부도 양자기술을 10대 전략기술의 하나로 선정해 투자를 확대하고 있다.
소형(20~50큐비트급)의 양자컴퓨터가 속속 개발되고 있는 현시점에서, 가장 중요한 이슈 중 하나는 `디지털컴퓨팅 알고리즘으로는 비효율적인 계산 문제(NP-문제로 분류됨)를 양자컴퓨터가 계산할 수 있는지'이다.
따라서, KAIST가 20큐비트급의 양자컴퓨터를 개발해 NP-완전문제를 계산했다는 것은 한국의 양자컴퓨팅 연구가 세계적 양자컴퓨터 개발경쟁에 진입하였음을 의미한다.
우리 대학 물리학과 안재욱, 문은국 교수 연구팀은 리드버그 원자들을 이용해, 조합 최적화 문제를 계산하는 양자 단열 컴퓨팅 방식의 양자컴퓨터를 개발했다. 연구팀은 초고진공 공간에 배치한 극저온 리드버그 원자를 사용해, 20큐비트급 그래프의 조합 최적화 문제를 실험적으로 계산하는 데 성공했다.
물리학과 김민혁, 김강흔 대학원생 연구원과 황재용 학부생 연구원이 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `네이처 피직스(Nature Physics)' 6월 18권 7호에 출판됐다. (논문명 : Rydberg quantum wires for Maximum Independent Set problems).
한편 리드버그 원자란 높은 에너지 상태의 원자로서, 일반 원자보다 만 배 정도 큰 마이크로미터 크기의 지름을 갖고, 리드버그 원자들간의 상호작용은 일반 원자들보다 10^22배 정도로 강하다.
양자 단열형 양자컴퓨팅은 양자 회로형(또는 양자디지털형), 측정기반형과 함께 범용양자컴퓨팅 방식으로 알려져 있다. 대표적인 양자 단열형 양자컴퓨터인 D-wave 社의 양자컴퓨터는 고정 큐비트를 사용한다는 결정적 단점이 있다. 하지만 KAIST의 리드버그 양자 단열형 양자컴퓨터는 재배치 또는 이동이 가능한 큐비트를 사용하기 때문에 주목을 받는다.
KAIST 리드버그 양자컴퓨터는 초고진공 상태에 최대 126개의 리드버그 원자들을 임의로 배치해 양자 단열형 양자컴퓨팅을 수행한다. 이번에 발표한 최근 연구에서는 꼭지점이 최대 20개인 그래프의 최대독립집합을 계산하는데 성공했다. 또한 원거리 꼭지점들을 잇는 리드버그 양자선 개념을 최초로 개발해 모든 꼭지점들을 임의로 연결하는 초기하학적 그래프를 계산할 수 있음을 보였다.
참고로, 디지털 컴퓨팅에서 모든 계산 문제들을 계산복잡도에 따라 P-문제(결정 다항)와 NP-문제(비결정적 다항)로 분류한다. 여행자 문제(Traveling Salesman Problem), 최대독립집합 문제 등으로 대표되는 NP-문제들은 디지털 컴퓨팅의 알고리즘으로는 효율적으로 계산할 수 없음이 잘 알려져 있다. 따라서, 양자컴퓨터가 NP-문제들을 계산할 수 있을지가 큰 관심사다.
최대독립집합 문제는 대표적인 NP-완전문제의 하나이며, 주어진 그래프(꼭지점과 간선의 집합)에서 서로 연결되지 않는 꼭지점들의 최대집합을 알아내는 계산 문제다. 그래프의 크기가 커지면, 디지털컴퓨팅 알고리즘으로는 계산량이 지수적으로 증가해 효과적인 계산을 할 수 없다. 이러한 문제를 효과적으로 계산하게 되면 산업적으로 물류, 생산관리, 작업관리, 네트워크 디자인 등에서 혁명적 경제가치를 창출하게 된다.
<그림 1> 은 리드버그 양자선(각각 빨강, 주황, 노랑 꼭지점들)을 이용하여 간선으로 연결되지 않는 데이터 큐비트(하얀 꼭지점들)를 연결하는 3차원 큐비트 구조체의 모식도이다. 이 구조는 쿠라토프스키 그래프로 잘 알려진 K(3:3) 그래프이다. 참고로 쿠라토프스키 K(3:3)와 K(5) 그래프쌍은 상대적으로 만들기 쉬운 평면그래프와 조합하여 모든 그래프를 만들 수 있다. 우리 대학 연구진은 본 연구에서 K(3:3)와 K(5)를 실험적으로 최초 구현하였다.
연구를 주도한 물리학과 안재욱 교수는 “이번 연구는 리드버그 양자컴퓨터의 활용 가능성을 보였다는 데 의의가 있다”라고 자평하며 “아직은 큐비트 개수가 충분하지 않지만, 차 단계 연구를 통해 실 활용이 가능한 꿈의 양자컴퓨터를 개발할 수 있을 것”이라는 포부를 밝혔다.
한편 이번 연구는 삼성미래기술재단과 한국연구재단의 지원으로 수행됐다.
2022.06.22 조회수 15443 -
한국차세대과학기술한림원 회원에 우리 대학 교원 9명 선출
우리나라 과학계를 이끌 우리 대학 교원 9명이 내년도 한국차세대과학기술한림원(Y-KAST) 회원으로 선출됐다.
한국과학기술한림원은 과학기술 연구분야에서 탁월한 연구성과를 발표하며 두각을 나타내는 연구자 34인을 내년 Y-KAST 회원으로 선출했다고 이달 9일 밝혔다. Y-KAST는 만 45세 이하 젊은 과학자들이 정책 활동과 해외학술 교류사업을 펼치는 학술단체로 2017년 출범했다.
Y-KAST 회원은 43세 이하 국내 거주 중인 과학자 중 학문적 성과가 뛰어난 연구자를 선발한다. 박사학위 후 국내에서 독립 연구자로 이룬 성과를 평가해 한국 과학기술 발전에 기여할 가능성이 큰 차세대 과학기술리더를 선출한다. 정원은 150명으로 정책 분야 8명, 이학 45명, 공학 45명, 농수산 22명, 의약학부 30명으로 구성된다.
올해 선출된 신입 회원에는 우리 대학 교수 9인 외에도 메타물질 관련 연구로 차세대 메타홀로그램 등 미래 디스플레이를 선보인 노준석 포스텍 기계공학과 교수, ‘젤리형 터치패널’ ‘전기장 거미줄’ 등 하이드로젤 공학적 응용가능성을 높인 연구로 주목받은 선정윤 서울대 재료공학과 교수 등이 선정됐다. 올해 선출된 회원의 평균나이는 39.6세다.
리튬산소전지 등 차세대 전지 개발을 위한 기초연구를 수행하는 변혜령 KAIST 화학과 교수, 인체부착센서 구현에 필요한 나노전자소자 분야에서 두각을 나타낸 이현정 한국과학기술연구원(KIST) 책임연구원 등 여성과학자 4인도 영입됐다.
선출된 차세대회원의 임기는 내년 1월부터 3년이다. 차세대회원은 심사를 통해 45세까지 연임 가능하다.
한민구 한림원 원장은 “인류 사회가 직면한 문제를 해결하기 위해선 젊은 과학자들의 혁신적이고 창의적인 사고가 필수요소”라며 “한림원은 기성세대 과학자들을 대표하여 젊은 과학자들이 책임 있는 연구자로 성장할 수 있는 환경을 구축하기 위해 노력하겠다”고 말했다.
2020.12.11 조회수 45851