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손상된 양자얽힘을 되돌리는 기술 개발 성공
현시대 컴퓨터로는 풀기 어려운 문제를 해결하려는 기술이나 고전적으로는 도달할 수 없는 높은 정밀도의 구현, 그리고 원천적으로 해킹이 불가능한 통신 기술들의 공통점은 바로 양자정보 기술을 활용한다는 것이다. 현재 많은 관심을 받고 있는 양자정보 기술의 대부분은 양자얽힘이라는 양자적 특성을 기반으로 한다.
우리 대학 물리학과 라영식 교수 연구팀이 약한 양자측정을 양자얽힘 검증에 도입해 양자얽힘의 직접적 검증을 진행하고, 이 과정에서 손상된 양자얽힘을 되돌림 측정을 이용해 양자얽힘을 원래대로 되돌리는 기술 개발에 성공했다고 10일 밝혔다.
양자얽힘은 고전 물리로 설명될 수 없는 양자 물리의 고유한 특성으로서 서로 멀리 떨어져 있는 두 입자 중 한쪽의 상태가 결정되는 순간 다른 쪽의 상태가 결정되는 독특한 현상을 나타낸다. 양자얽힘의 존재는 양자측정을 사용하여 검증해야 하지만, 이러한 측정 과정 자체가 양자얽힘을 파괴하는 문제가 있어 검증이 완료된 양자얽힘 상태를 차후 양자기술에 활용하는데 어려움이 있었다.
하지만, 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 양자얽힘을 완전히 파괴시키지 않는 ‘약한 양자측정’을 도입하여 양자얽힘을 검증하였고, 이 과정에서 손상된 양자얽힘을 ‘되돌림 측정’을 이용해 원상태로 되돌리는 기술을 개발하였다.
‘약한 양자측정’이란 양자상태를 측정할 때 양자상태에 가해지는 변화를 줄이면서도 필요한 정보를 얻어낼 수 있는 양자측정 기술이다. 약한 양자 측정을 양자얽힘 검증에 도입할 경우, 양자얽힘을 완전히 파괴하지 않고도 양자얽힘이 존재하는지 확인할 수 있다.
약한 양자측정 이후 양자상태에 남아 있는 양자얽힘의 양은 원래의 양보다는 적다. 연구진은 ‘되돌림 측정’을 도입해 줄어든 양자얽힘을 원래대로 되돌릴 수 있음을 보였다. 약한 양자측정의 역과정에 해당하는 되돌림 측정은 손상된 양자상태를 일정 확률로 원래대로 되돌려 양자얽힘을 원상태로 복구할 수 있다. 이러한 복구 과정은 앞서 시행한 양자얽힘 검증과 상호 교환 관계가 있어, 연구팀은 두 값을 적절히 조정할 시 양자얽힘의 존재를 검증함과 동시에 되돌려진 양자얽힘을 다시 활용할 수 있음을 보였다.ﾠ
라영식 교수는 "이번 연구를 활용하여 검증된 양자상태를 양자 암호 키 분배, 양자 원격 전송과 같은 다양한 양자 기술 분야에 적용할 수 있을 것ˮ이라고 연구의 의의를 설명했다.
물리학과 김현진 석박사통합과정 학생이 제1 저자로 참여하고 정지혁, 이경준 석박사통합과정 학생이 공동 저자로 참여한 이번 연구는 저명 국제 학술지 `사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 2023년 10월 온라인판으로 정식 출판됐다. (논문명: Recovering quantum entanglement after its certification)
한편 이번 연구는 정보통신기획평가원 (양자인터넷 핵심원천기술 사업, 대학ICT연구센터지원사업)과 한국연구재단 (양자컴퓨팅 기술개발사업, 중견연구자지원사업)의 지원을 받아 수행됐다.
2023.10.12 조회수 2063 -
GSI, 양자정보기술’온라인 국제포럼 개최
우리 대학은 '과학기술 혁신을 주도할 차세대 게임 체인저, 양자정보기술(Quantum Technology: The Next Game Changer?)'이라는 주제로 오는 20일(수) 오전 8시 30분부터 제6회 글로벌전략연구소(Global Strategy Institute, 이하 GSI) 온라인 국제포럼을 개최한다.
양자 정보 기술은 '미래 산업의 핵', '꿈의 컴퓨터', '차세대 방패' 등으로 불리며 글로벌 화두로 부상한 신성장 혁신 동력이다. 과학기술정보통신부는 양자 기술의 경쟁력 강화와 양자 산업 활성화를 지원하는 ‘정보통신진흥 및 융합 활성화 등에 관한 특별법 개정안‘을 지난해 시행했다. 이런 흐름에 맞춰 인공지능과 양자컴퓨팅 기술을 접목하려는 시도가 증가하고 있으며, 금융·의료·제약·교통·물류·소프트웨어 등 산업계 전반에 걸친 융합이 요구되고 있다. 또한, 이를 통한 새로운 비즈니스 발굴을 토대로 산업 경쟁력을 강화하는 방법이 모색되고 있다. 우리나라가 양자 정보 기술 분야의 원천 기술 확보하고 첨단 기술과의 격차를 줄일 수 있는 전략적 대응 방안을 논의하는 이번 포럼에서는 미래의 ‘게임체인저’로서 양자 정보 기술을 조명한다.
시장 현황 및 전망은 물론 금융·사이버 보안·블록체인·국방 분야에 다양하게 적용된 양자컴퓨터·양자암호통신·양자센서 및 계측 기술에 관한 국내·외 사례를 다룬다. 또한, 양자 정보 통신 관련 전문가 양성 및 핵심 인재 확보 방안과 ‘양자 혁명’과 양자 기술의 상용화를 추진할 스타트업 지원 방안을 논의할 예정이다.
이를 위해, 이론물리학 분야의 세계적인 석학인 존 프레스킬(John Preskill) 캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology) 교수가 기조 연설자로 나서 양자컴퓨팅의 미래와 전망에 관한 견해를 나눈다. 프레스킬 교수는 이번 KAIST GSI 포럼을 통해 국내 연단에서 최초로 강연한다. 첫 번째 세션에서는 양자컴퓨터의 선두 주자인 IBM의 제리 초우(Jerry M Chow) 양자 인프라 개발 부문 이사를 통해 혁신 성장 동력으로서 양자컴퓨터의 기회와 도전과제에 대해 다룬다. 마지막 세션에서는 미국의 대표적인 양자 컴퓨터 스타트업 기업 아이온큐(IonQ)의 공동설립자 김정상 듀크 대학교 교수를 초청해 ‘양자 혁명’과 양자 기술의 상용화를 추진할 스타트업을 주제로 논의할 예정이다. 이와 함께, 김재완 고등과학원 부원장, 이준구·손영익 KAIST 전기및전자공학부 교수, 안드레아스 하인리히 기초과학연구원(IBS) 양자나노과학 연구단장이 패널로 참여해 연설자들과 열띤 토론을 펼친다.
이번 포럼은 다소 난해한 분야로 여겨지는 양자 과학을 더욱 쉽게 전달하기 위해 '양자개요'와 '영화 속 양자기술', '예술 속 양자기술'의 등의 동영상을 제작해 대중의 이해를 도울 예정이다.
포럼을 총괄한 손훈 KAIST GSI 소장은 "양자컴퓨팅은 팍스 테크니카 시대의 국가 미래 핵심기술인 만큼 이번 포럼을 통해 글로벌 기술경쟁력 향상을 위한 중장기 전략이 논의되기를 기대한다ˮ고 밝혔다. 오는 20일 열리는 GSI 국제포럼은 유튜브 'KAIST 채널'과 'KTV국민방송 채널', '카오스사이언스 채널'을 통해 한국 시각을 기준으로 오전 8시 30분부터 9시 55분까지 전 세계에 실시간으로 중계한다. 동시통역을 제공하며 양자 기술에 관심 있는 사람이라면 누구나 무료로 시청할 수 있다.
2022.04.13 조회수 7089