양자컴 초전도 큐비트 최장 시간 안정 유지 성공

작성일 07-08

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 핀란드 연구팀, 상용화 이끌까 
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 <img alt="결맞음 시간이 긴 초전도 방식(트랜스몬) 큐비트로 만든 양자프로세서를 표현한 그림. Alexandr Kakinen 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202507/08/dongascience/20250708180211302kayp.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="fyRqZpTNCx" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202507/08/dongascience/20250708180211302kayp.jpg" width="658">
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 결맞음 시간이 긴 초전도 방식(트랜스몬) 큐비트로 만든 양자프로세서를 표현한 그림. Alexandr Kakinen 제공
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 미래 전략기술로 주목받는 양자컴퓨터를 상용화하려면 양자컴퓨터의 정보처리 단위인 큐비트(qubit)의 수를 늘려야 한다. 동시에 각 큐비트가 양자상태를 안정적으로 오래 유지하도록 해야 한다. 핀란드 연구팀이 초전도 회로 방식의 큐비트에서 양자상태를 유지하는 '결맞음 시간(coherence time)' 최고 기록을 세우며 양자컴퓨터 상용화에 한 걸음 더 나아가는 데 성공했다.
 미코 모토넨 핀란드 알토대 응용물리학과 교수팀은 초전도 방식 큐비트 중 하나인 '트랜스몬(transmon)' 큐비트에서 결맞음 시간 유지 기록을 경신하고 연구결과를 8일 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 공개했다.
 연구팀은 최대 1밀리초(ms, 1밀리초는 1000분의 1초)와 중간값 약 0.5ms를 기록해 처음으로 1ms 장벽을 넘었다. 직전에 보고된 결맞음 시간 최고 기록은 최대 약 0.6ms, 중간값 약 0.3ms다.
 양자컴퓨터는 고전컴퓨터로는 계산이 너무 오래 걸려 해결이 불가능한 특정 유형의 문제를 풀 수 있다. 특히 신약·신소재 탐색이나 최적화 문제 해결, 암호 해독 등에 유망할 것으로 기대된다. 어떤 물리적 상태가 하나로 정해지지 않고 동시에 존재하는 양자중첩 현상을 활용한 정보처리 단위 큐비트로 계산을 수행한다.
 양자 중첩상태를 구현하고 이를 측정할 수 있다면 무엇이든 큐비트로 활용할 수 있기 때문에 양자컴퓨터는 다양한 방식으로 구현된다. 전기 저항이 없는 초전도 상태의 전기 회로를 활용하는 방식이 대표적이고 이온이나 중성원자 등을 붙잡아 큐비트로 활용하기도 한다.
 큐비트는 구현 방식에 따라 장단점이 있지만 공통적으로 큐비트 수 증가, 큐비트가 양자 상태를 유지하는 결맞음 시간 증가, 큐비트 연산에서 발생하는 양자오류를 정정하는 시스템 구축이 주요 과제다.
 큐비트의 양자중첩 상태가 주변 환경의 열, 전자기파, 진동 등으로 중첩 상태가 붕괴하는 현상을 '결어긋남(decoherence)'이라고 한다. 결맞음 시간이 길수록 큐비트가 더 오랜 시간 연산에 참여할 수 있고 오류 확률이 줄어들어 복잡한 연산을 구현할 수 있다. 양자 오류 정정 알고리즘도 충분한 결맞음 시간이 확보돼야 효과적으로 작동한다.
 연구팀은 소재와 설계, 제조 공정, 큐비트 측정 방식을 개선해 트랜스몬 큐비트의 결맞음 시간을 끌어올리는 데 성공했다. 설계와 실험 과정 등을 상세히 기록했기 때문에 다른 과학자들의 재현성이 높다는 설명이다.
 핀란드 내부 양자과학기술 인프라가 성과의 핵심 요인으로 지목됐다. 개발된 큐비트는 핀란드 기술연구센터(VTT)에서 공급받은 고품질 초전도 필름을 활용해 제작됐다. 핀란드의 나노·양자 기술 국가 연구 인프라인 '오타나노(OtaNano)'의 클린룸도 큐비트 품질 개선에 기여했다.
 연구팀은 "이번 연구결과는 초전도 양자 기술을 기반으로 전세계 양자 센서, 양자 시뮬레이터, 양자컴퓨터 개발을 가속할 것"이라고 밝혔다.
 &lt;참고 자료&gt; - doi.org/10.1038/s41467-025-61126-0 
 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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