전기전자/정보통신

전자정보통신학회지_2020.3

차세대 컴퓨팅 특집
양자 기술에서 아이디어

■ 소특집 편집에 있어서
편집팀 리더 이시구로 히로키(石黑仁揮)

최근, 양자컴퓨터에 관한 뉴스가 증가하고 있다. 세계적 IT기업들이 양자컴퓨터 개발에 주력하고 있는 가운데 구글이 자체 개발 중인 양자컴퓨터를 이용해 기존 슈퍼컴퓨터로 1만년 정도 걸리는 계산을 겨우 수 분만에 풀어내는데 성공, 양자 우월성을 달성했다고 주장했으며, 같은 게이트방식의 양자컴퓨터 개발을 경쟁하고 있는 IBM이 구글의 주장을 부정하는 등, 경쟁이 격화되고 있다. 2011년 5월에 캐나다의 D웨이브시스템이 세계 최초로 양자어닐링 방식의 상용 양자컴퓨터를 발표한 이래, 먼 미래의 기술이라고 생각해온 양자컴퓨터의 이용이 급속히 현실화되기 시작하고 있다. 또한 양자기술에 아이디어를 얻어 기존의 CMOS회로를 통해 의사적(擬似的)으로 동작을 재현하는 시도도 활성화되고 있다.

IoT기술로 인해 저비용으로 대량의 데이터 수집이 기능해지면서 그 데이터를 기반으로 한 조합의 최적화를 위한 과제가 늘어나는 등 한 층 더 고성능의 컴퓨팅에 대한 요구가 현저하게 증가하고 있다. 과거 50년에 걸쳐 LSI의 성능을 지탱해온 반도체의 미세화는 물리적인 한계에 가까워지고 있으며 무어의 법칙의 종말론이 대두되고 있는 가운데 기존의 미세화에 의존하지 않는 새로운 컴퓨팅 기술로서 양자컴퓨터가 주목 받고 있다.

이번 소특집에서는 2019년 전자정보통신학회 종합대회에서 전자디바이스연구회가 의뢰한 심포지엄을 바탕으로 최근 크게 진전하고 있는 양자컴퓨터와 양자기술에서 아이디어를 얻은 새로운 컴퓨팅 기술에 대해 제 1선에서 활약하고 있는 연구자 분들이 기고해주셨다.

제 1장에서는 우선 양자어닐링의 고안자인 니시모리(西森) 씨께서 양자어닐링의 원리를 알기 쉽게 설명해주셨고, 실제 개발 현황과 과제 및 향후 전망에 대해서도 소개를 해주셨다. 이어서 범용 양자컴퓨터, NISQ(Noisy Intermediate Scale Quantum Compute), 양자어닐링 머신에 대해 각각의 원리 및 최신 연구개발 동향을 마쓰자키(松崎) 씨, 가와바타(川畑) 씨께서 설명을 해주셨다. 또한 기존의 실리콘 트랜지스터 제작 기술로 제작할 수 있으며 기존형 실리콘 집적회로와의 접속성이 좋다는 점 등으로 주목 받고 있는, 실리콘 내의 깊은 불순물(deep impurity)의 전자 스핀을 이용해 높은 온도(10K)에서의 동작이 가능한 양자비트에 대해 오노(大野) 씨께서 소개를 해주셨다. 또한 조셉슨접합의 초전도체를 이용한 양자비트에 대해, 고정밀 조작과 읽기, 더 나아가 계산 오류에 대한 내성이 있는 양자컴퓨터를 설치하기 위한 현재의 이론에서 요구되는 기술을 시라이(白井) 씨, 요시오카(吉岡) 씨, 차우(蔡) 씨께서 설명을 해주셨다.

2장에서는 빛을 이용한 양자컴퓨팅에 관해 우선, 동적으로 변화하는 불확실한 환경 속에서 좋은 선택지를 선택하는 의사 결정 문제에 대해 레이저 카오스나 뒤엉킨 광자 등 빛의 물리적 특징을 활용해 해결하는 방법을 나리세(成賴) 씨 등이 소개해 주셨다. 이어서 선형(線形) 광학소자에 비고전(非古典) 광원 및 검출기를 조합해 시행하는 선형 광학 양자컴퓨팅에 대해 마쓰다(松田) 씨께서 설명을 해주셨다. 또한 네트워크화된 축퇴 광 파라메트릭(Degeneracy Optical parametric) 발진기 군(群)을 인공 스핀으로써 이용해 이징 모형(Ising Model)의 기저 상태 모색 문제를 해결하는 CIM(Coherent Ising Machine)에 대해 다케이(武井) 씨, 이나가키(稲垣) 씨께서 설명을 해주셨다.

3장에서는 이징 모형을 기존의 CMOS회로를 통해 의사적으로 재현하는 CMOS 어닐링 머신에 대한 프로토타입 및 소프트웨어 개발 상황을 야마오카(山岡) 씨께서 소개해주셨다. 또한 동작 원리 및 벤치마크, 대표적인 응용 사례에 대해 다케모토(竹本) 씨 등이 소개해주셨다.

이상의 폭넓은 분야에 대한 기사로 구성된 이번 소특집이 독자의 양자컴퓨팅에 관련된 기술 동향을 이해하는데 일조하길 바라는 마음이다.

마지막으로 바쁘신 와중에도 이번 소특집의 해설 기사를 집필해주신 집필자 여러분과 편집 팀 및 학회 사무국 여러분께 깊은 감사의 말씀을 드린다.

 -- 끝 --