KIST, 양자·고전 컴퓨터 결합 알고리즘 구현

국내 연구진에 의해 양자컴퓨터와 고전 컴퓨터의 장점을 결합한 알고리즘이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)는 지난 5일 해당 알고리즘을 통해 양자컴퓨터에 필수적인 오류 완화 기술 없이도 양자 시뮬레이션을 구현하는 데 성공했다고 6일 밝혔다.

KIST 양자기술연구단 임향택 책임연구원 연구팀이 수행한 해당 연구에서는 분자 간 결합 거리를 정확히 추정하는 양자컴퓨팅 알고리즘을 일반 컴퓨터에 구현하는 과제가 진행됐다.

양자컴퓨터는 한 번에 대규모 연산이 가능한 것이 특징인 시스템으로 보안이 중요한 금융과 공공 산업 등에서 주목받고 있으나, 연산에 들어간 자원이 늘어날수록 오류가 급격히 증가하는 한계점이 존재했다.

또 이를 극복하는 최신 기술로는 고전 컴퓨터와 양자컴퓨터의 장점을 결합해 더 빠른 계산을 수행하는 '변분 양자 고윳값 계산기'(VQE) 기술이 존재한다.

현재 IBM과 구글 등 빅테크 기업들은 대부분 VQE를 사용 중이나, 이 역시 최대 12큐비트 이내의 제한적인 상황에서만 오류를 막을 수 있는 것으로 알려졌다.

큐디트 기반의 수소 분자 계산 알고리즘 [KIST 제공]

이에 KIST 연구팀은 큐비트 대신 큐디트라는 고차원 양자 정보를 활용해 새로운 연산 시스템을 도입했다.

큐디트는 기존에 큐비트가 0과 1의 중첩 상태를 표현할 수 있는 것을 넘어 2, 3, 4 등 여러 상태를 표현할 수 있는 양자 단위로, 주로 광자의 궤도각운동량 상태를 이용해 구현된다.

연구팀은 이를 활용해 총 16차원 계산이 필요한 수소 분자와 리튬 하이드라이트(LiH)분자 결합 거리를 추정하는 데 성공했다고 밝혔다.

이는 광자 기반 VQE로 16차원 계산을 구현한 최초 사례인 것으로 알려졌다.

아울러 전자 대신에 광자를 사용하면서 별도의 오류 제어 시스템 없이도 정확한 측정값을 산출하는 것이 가능하다는 설명이다.

KIST 임향택 책임연구원은 "적은 자원으로도 화학적 정확도를 측정하는 VQE 기술은 신약 개발과 배터리 성능 개선 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 지난달 23일 국제학술지 '사이언스 어드밴시스'에 게재됐다.