미래기술/미래전망/첨단산업

Nikkei Electronics_22.2 Hot News (p14-15)

광양자컴퓨터 현실화, NTT가 새로운 광원 모듈 개발
시간 영역에서 다중시킨 수십 억의 물리 양자비트 생성 가능

NTT는 도쿄대학, 이화학연구소(RIKEN)와 공동으로 21년 12월 22일, 광양자컴퓨터의 기간 기술인 신형 양자 광원 모듈을 개발했다고 발표했다. 이 광원 모듈은 입출력 광섬유와 일체화된 ‘광섬유 접속형’이라는 구조로, 손바닥 크기에 대규모 계산에 필요한 고양자(高量子) 노이즈 압착, THz급 주파수로 작동이 가능하다는 특징을 갖고 있다.

공동연구를 실시하는 도쿄대학 대학원 공학계연구과 후루사와(古澤) 교수는 “이번 모듈은 게임 체인저가 될 기술이다. 대규모 양자컴퓨터의 실현에는 집적회로화가 필수라고 생각했었다. 그러나 집적회로화는 필요 없고, 모듈과 광섬유 광학계만으로 실현할 수 있음이 실증되었다. 대규모 양자컴퓨터 실현이 단번에 현실성을 띠게 되었다”라고 말했다.

IBM이나 구글 등이 개발하고 있는 양자컴퓨터는, 같은 시각에 공간적으로 양자 비트를 보관 유지하는 방식으로, 현재 100 물리 양자비트 정도를 실현할 수 있다. 단, 오류 정정이 가능하기 위해서는 1000개 정도의 물리 양자비트를 조합해 사용할 필요가 있다.

오류 정정이 가능하고 실용적인 성능을 가진 범용적인 양자컴퓨터를 위해서는 100만 개 이상의 물리 양자비트가 필요하다. “그 때문에 공간적으로 양자비트를 보관 유지하는 방식은 양자비트를 늘리면 늘릴수록 초전도를 위한 냉각 시스템이나 진공 장치가 대규모가 되는 등 기술적인 장벽이 높다”(후루사와 교수).

한편, 광양자컴퓨터는 양자 계산에 사용하는 양자비트를 시간 영역에 다중한다. 공간적으로 대량의 양자비트를 유지할 필요가 없다. 양자얽힘 상태에 있는 광자를 시간축 방향으로 대규모로 발생시킴으로써 수십억 개의 광자에 의한 물리 양자비트를 만들어 낼 수 있다.

게다가 광원은 상온에서 동작이 가능하기 때문에 대규모 냉각 시스템은 필요 없다. 이번에 양자 광원 모듈 4개, 양자얽힘에 있는 광자의 시간을 어긋나게 하기 위한 지연선(광섬유 권선) 2개, 빔 스플리터 5개로 시간 영역에서 얽힘 상태에 있는 물리 양자비트를 발생시켜, 대규모 양자컴퓨터 시스템을 서버 랙 크기에 담을 수 있다고 한다.

양자컴퓨터에서 이용하는 시간 영역에서 양자얽힘 상태에 있는 광자를 만들어내기 위해서 필요한 것이 압착 광(Squeezed Light)이라고 하는 특수한 광자류(Photon Flux)이다. 이는 진폭 또는 위상의 한쪽 양자 노이즈를 압착한 짝수개의 광자류로, 비선형 광학 결정을 사용해 생성한다.

이번에 주기적분극반점리튬니오베이트(Periodically Poled Lithium Niobate, PPLN)를 사용한 비선형 광학 결정 디바이스를 제조하고, 이와 입력∙출력광을 전달하는 광섬유를 일체화함으로써 모듈로 하였다.

이 모듈과 광통신 부품을 조합한 광섬유계로 6THz 이상의 대역에서, 75% 이상으로 양자 노이즈가 압착된 연속 압착 광을 측정할 수 있었다. 이는 대규모 양자 계산을 하기 위해 필요한 오류 정정에 필요한 압착률 65%를 크게 넘는 값이라고 한다.

도쿄대학과 이화학연구소는 22년도부터 이번 양자 광원 모듈과, 별도 검증 중인 다양한 광양자 조작을 조합해 광섬유 부품으로 구성된 광양자컴퓨터의 실제 기기 개발을 진행시킨다. 30년에는 랙(rack) 사이즈의 광양자컴퓨터 실제 기기를 개발한다. 또한 50년에는 계산도 포함해 모든 것을 광으로 실시하는 전광형 양자컴퓨터의 실현을 목표로 한다. 이 외에 양자 광원의 개량을 통해 양자 노이즈 압착률을 90%까지 높임으로써 오류 정정이 가능한 대규모 범용 광양자컴퓨터를 개발할 계획이다.

 -- 끝 --

Copyright © 2020 [Nikkei Electronics] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.