일반적인 컴퓨터는 0 또는 1 두 가지 중 하나를 선택하는 비트가 정보처리의 최소단위다.

반면 양자컴퓨터는 양자 얽힘과 중첩현상을 활용해 연산하기 때문에 00, 01, 10, 11 등 총 4가지 상태로 정보를 처리하며, 이를 큐빗이라고 한다.

때문에 큐빗은 제곱수만큼 연산능력이 향상된다. 예를 들어 10큐빗은 2¹⁰, 50큐빗은 2⁵⁰ 만큼 연산능력이 기하급수적으로 증가한다.

양자컴퓨터의 엄청난 연산능력은 암호 해독, 이차전지 신물질 적용, 신약 개발 등에 필요한 대단위 계산을 쉽게 풀어내는 것은 물론 과학계 난제를 해결할 수 있다.    

양자컴퓨터로 조합최적화 문제 계산

KAIST는 물리학과 안재욱 교수 연구팀이 100큐빗급 양자컴퓨터로 ‘조합 최적화 문제’를 계산하는 결과 데이터베이스와 계산 프로그램을 공개했다고 13일 밝혔다. 

조합 최적화 문제는 이산적 탐색공간에서 최적의 해를 찾는 것으로, 이중 최대 독립집합 문제는 SNS에서 가장 영향력 있는 인물을 찾는 알고리즘이나 전력망을 가장 효율적으로 분배하는 방법을 찾는 문제 등 다양한 응용이 가능하다.

연구팀은 원자를 가로 18행, 세로 11열, 총 198개 격자의 광 집게에 배치했다. 

원자들은 각 광 집게 위에서 절반 확률로 잡히며, 반복 측정마다 평균적으로 100개 가량의 원자가 잡힌다. 

원자가 무작위로 잡히기 때문에 매 반복 측정마다 새로운 형태의 원자 배치가 만들어지고, 이는 새로운 그래프의 실험이 가능하다는 것을 의미한다.

일반적으로 100큐빗급 양자컴퓨터의 데이터를 얻기 위해서는 직접 양자컴퓨터를 제작하거나 클라우드 서비스 업체를 이용할 수밖에 없다. 

이번에 KAIST가 공개한 데이터는 관련 분야 연구자뿐 아니라 양자컴퓨터에 관심 있는 누구나 확인할 수 있다.
연구팀은 이번에 최대 141큐빗을 활용해 70만 종류 이상의 그래프 최적화를 계산, 결과와 데이터분석 프로그램 일체를 공개했다.

안 교수는 “100큐빗급 양자컴퓨터를 활용한 난제 계산 결과와 계산 프로그램을 모두 공개해 그동안 양자컴퓨터 접근이 어려웠던 연구자 등 많은 사람이 활용할 수 있을 것으로 기대한다”며 “고성능 양자컴퓨터 개발에 필요한 잡음 분석에도 연구팀이 계산한 데이터베이스가 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.


대덕특구=이재형 기자 jh@kukinews.com