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고려대 연구팀,생성MRI 방식 수소 양성자 이용…"연말 거시적 중첩 상태 입증"국내 연구진이 물로 양자컴퓨터의 큐비트를 생성하고,이를 제어하는 방법을 찾아냈다.
기존의 양자컴퓨터를 구현하는 초전도,이온트랙,포토닉,다이오몬드,중성원자 등의 방식 이외에 우리나라가 독자적으로 양자컴퓨터를 제작할 수 있을 것인지에 관심이 쏠린다.
고려대학교 녹색생산기술연구소 양자컴퓨터연구팀(팀장 이상지 박사)은 물분자의 수소 양성자를 이용해 양자컴퓨터 큐비트 생성 장치를 설계,구현했다고 5일 밝혔다. 물분자의 수소 양성자를 이용해 양자컴퓨터 큐비트 생성 장치를 개발한 이상지 고려대 양자컴퓨연구팀장. 
연구팀은 양자컴퓨터의 각 큐비트를 구성하는 수많은 수소 양성자 스핀들이 거시적 중첩 상태에서 원하는 일정 시간 결맞음 상태를 유지하도록 스핀을 제어하는 회전 연산자 설계에 성공했다.
이상지 팀장은 "올해 연말까지 큐비트 별로 거시적 중첩과 결맞음 시간 확장을 실험적으로 구현할 것"이라며 "큐비트 간의 양자 얽힘 가능성을 이론적으로 규명하는 경우,3년 이내에 영구자석을 이용한 10큐비트 모듈 방식의 양자컴퓨터 제품 개발이 가능할 것"으로 전망했다.
이 팀장은 나아가 모듈화 제품을 3D 공간의 세 축 방향으로 적층시켜 1만 큐비트 생성도 그다지 어렵지 않을 것으로 예측했다.
이번 성과의 의미에 대해 이 팀장은 "양자컴퓨터 분야의 내로라하는 전문가들이 자기공명영상(MRI) 방식이 스핀 간 상호 작용에 따른 이완현상으로 결맞음 상태를 유지하는 것이 어렵다는 주장을 깨는 결과물"이라고 설명했다.
연구팀은 병원에서 흔히 쓰는 자기공명영상(MRI) 시스템이 인체 내 수소 양성자를 이용해 영상을 생성한다는 원리에 착안했다.
MRI는 자기장속 인체에 라디오파를 발사한다.수소 양성자 스핀의 상태 변화에 따라 인체에서 반사되는 라디오파를 다시 수신해 이 정보를 바탕으로 컴퓨터가 영상을 만드는 기술이다. 사진 내 솜털같은 덩어리(양자)에서 튀어나온 자화가 0의 상태를 나타내는 큐비트이다.(그래픽=고려대) 
연구팀은 순수한 물인 탈이온수(deionized water)를 소형 유리구에 넣어 각각의 큐비트 표본을 제작했다.또 자석과 경사자기장 코일,무료 슬롯 온라인 한국어송수신 RF 코일을 결합하는 방법으로 큐비트 생성장치를 구성했다.
연구팀은 "순수한 물인 탈이온수를 직경 2㎜의 소형 유리구에 넣고 밀봉 제작한 다수의 큐비트를 1.0T 영구자석 내부에 설치했다"며 "단일 큐비트의 총 스핀수가 대략 N= 2x10의 21승이기에 단일 원자가 큐비트인 다른 양자컴퓨터에 비해 상대적으로 신호가 매우 큰 것도 장점"이라고 설명했다.
국내외에서 선도적으로 연구 개발 중인 기존의 양자 컴퓨터처럼 극저온 냉동기와 초고진공도 필요없다.상온과 대기압 환경에서 작동 가능하다.
뿐만 아니라,영구자석에 의한 자기장이 1.0T인 경우,물의 수소 양성자 스핀의 세차운동 주파수,즉 라모 주파수(Larmor frequency)가 42.57㎒의 라디오파(RF) 대역이어서 활용성도 뛰어나다.
이외에 큐비트 송수신에 쓰이는 RF신호 관련 기술도 MRI나 핵자기공명(NMR)에서 널리 활용하는 기술이다.잘 아는만큼 양자컴퓨터에서 구현하기 쉽다는 설명이다.
이상지 팀장은 "지난 1년차 연구 결과를 바탕으로,한국정보통신기술협회(TTA)로부터 기술성숙도 5단계(TRL5) 수준의 큐비트 생성 장치에 대한 시험 성적서를 받았다"며 "5개 항목 전부에서 '확인' 받았다"고 말했다. TTA 시험성적서. 
시험 항목은 ▲큐비트 표본 ▲자석 ▲경사자기장 공급장치 ▲큐비트 스핀 상태 제어용 RF 신호 발생 장치 ▲큐비트 상태 측정 장치 등이다.
