현대 과학 기술의 정점으로 불리는 양자 컴퓨터는 기존의 방식으로는 해결하기 어려운 복잡하고 방대한 연산을 놀라운 속도로 처리할 수 있는 도구입니다. 기존 컴퓨터가 0과 1의 비트 단위로 정보를 처리하는 것과 달리, 양자 컴퓨터는 '중첩'과 '얽힘'이라는 독특한 물리 현상을 활용하는 큐비트를 정보 단위로 사용합니다. 중첩은 하나의 큐비트에 두 상태가 동시에 존재하는 것을 의미하며, 얽힘은 멀리 떨어진 큐비트들이 연결되는 현상을 말합니다. 이러한 특성 덕분에 양자 컴퓨터는 보안 체계 강화부터 물질 탐색까지 다양한 분야에서 새로운 가능성을 열어줄 것으로 기대되고 있습니다.

단 50개의 큐비트만으로도 현재 세계 1위 슈퍼컴퓨터가 1만 년 넘게 소요할 계산을 단 몇 분 만에 끝낼 수 있습니다.

한국표준과학연구원은 우리나라 최초로 초전도 회로 기반의 범용 양자 컴퓨터를 연구하고 있습니다. 초전도 현상은 특정 조건에서 물질의 전기저항이 사라지는 현상으로, 이를 활용하면 에너지 손실을 최소화하면서 정밀한 회로를 구성할 수 있습니다. 특히 비선형성을 가진 조셉슨 접합을 이용한 초전도 회로는 가상의 원자 역할을 수행하며 큐비트로 작동합니다. 큐비트의 민감한 양자 상태를 안정적으로 유지하기 위해서는 극저온 환경이 필수적입니다. 연구진은 영하 273.15도에 달하는 절대온도에 가까운 희석 냉동기를 사용하여 큐비트의 중첩 상태를 보존하고 연산의 정확도를 높이는 데 주력하고 있습니다.

현재 연구진은 집적 회로 기반의 5큐비트 프로세서를 제작하여 각 큐비트의 독립적인 제어 가능성을 확인하는 데 성공했습니다. 단순히 하드웨어를 구축하는 것에 그치지 않고, 두 개의 큐비트 사이에 얽힘을 구현하여 양자 알고리즘을 실제로 수행하는 단계까지 연구 범위를 넓히고 있습니다. 컨트롤 펄스와 측정 펄스를 통해 양자 상태를 자유자재로 조절하고 결과값을 정확히 읽어내는 기술은 대규모 양자 컴퓨터로 나아가기 위한 핵심적인 기반이 됩니다. 향후 한국표준과학연구원은 고신뢰도 초전도 큐비트 모듈을 구축하고 성능 지표를 확립하여, 세계적 수준의 범용 양자 컴퓨터 개발을 선도해 나갈 계획입니다.