양범정 교수팀, '란다우 준위 퍼짐' 현상 활용 세계 첫 '양자거리' 측정
네이처 게재… 양자 정보처리 시 오차 최소화할 소재 탐색에 응용 기대
국내 연구진이 양자컴퓨터의 성능을 측정하는 방법을 세계 최초로 제시했다. 양자컴퓨터에 적합한 고성능 신소재를 찾는 데 활용될 것으로 기대된다.
양범정 기초과학연구원(IBS) 강상관계물질연구단 교수는 그간 측정이 불가능했던 고체의 ‘양자거리’를 측정하는 방법을 찾았다고 6일 밝혔다. 연구성과는 이날 네이처에 발표됐다.
양자컴퓨터는 전자의 양자상태로 정보를 구분해 처리한다. 양자상태는 스핀(spin)과 같이 양자역학 분야에서 표현되고 계산되는 수치들을 말한다. 현실에서 구현되는 양자상태는 원래 의도했던 양자상태와 오차가 생길 수 있다. 양자거리는 이 오차를 말하며, 일상에서의 거리 개념과는 다르다.
정보처리 시 양자거리(오차)가 작을수록 양자컴퓨터의 성능이 좋아진다. 양자거리는 기본적으로 물질 종류에 따라 달라진다. 따라서 양자거리가 작은 물질을 양자컴퓨터 소재로 활용하는 것이 이상적이지만, 양자거리를 측정하는 일은 어려운 일로 평가받는다. 특히 실제 하드웨어 대부분을 이룰 고체는 수많은 원자들과 전자들이 배열돼있기 때문에 그동안 양자거리 계산이 불가능했다.
연구팀은 ‘란다우 준위 퍼짐’이라는 현상을 발견하고 응용방안을 찾았다. 일부 고체들(카고메 격자물질 등)의 에너지값은 가령 ‘10, 20, 30, …’과 같이 정해진 간격을 두고 측정된다. 11, 12와 같은 사이 값들은 측정되지 않는다. 하지만 이 고체에 자기장을 걸면 에너지값이 퍼져 사이 값도 일부 측정되는 현상이 벌어지는데, 이 현상이 란다우 준위 퍼짐이다.
연구팀은 에너지값이 퍼지는 폭과 양자거리가 서로 관련이 있음을 발견했다. 고체 재료마다 자기장을 걸어 란다우 준위 퍼짐의 정도를 측정하면, 간접적으로 양자거리도 알 수 있고 결국 양자컴퓨터에 적합한 성능을 가졌는지 판단할 수 있다는 것이다.
양 교수는 "양자정보 분야에 쓰일 새로운 재료를 찾는 데 활용될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.