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정보통신기술(ICT) ‘게임체인저’ 양자컴퓨터의 기존 운영 방식과는 다른 새로운 방법이 발견되었다고 밝혀졌습니다. 과학기술정보통신부 직할 출연연구기관 기초과학연구원(IBS)의 안드레아스 하인리히 양자나노과학연구단장 연구팀은 미국, 일본, 스페인과의 국제 공동연구를 통해 고체 표면 위 단일 원자의 전자 스핀을 이용하는 새로운 양자컴퓨터 원리를 발견하여 최근 세계적으로 유명한 학술지 사이언스에 발표하였습니다.

우리는 일반적으로 분자는 원자들이 모여서 형성되고, 원자는 양성자와 중성자로 구성된 핵과 주변 전자로 이루어져 있다고 알고 있습니다. 그리고 전자는 원자핵 주변을 돌아 다니는 것으로 알려져 있으나, 실제로는 이는 일종의 교육적인 설명일 뿐이었습니다. 사실 전자는 자신의 위치를 정확하게 알 수 없고, 팽이처럼 위아래로 소용돌이치는 운동을 한다고 합니다. 이 때, 위쪽으로 돌아가는 운동을 업스핀, 아래로 돌아가는 운동을 다운스핀이라고 합니다.

양자컴퓨터는 일반적인 디지털 컴퓨터와는 달리 비트(0 또는 1) 대신 퀀텀비트(큐비트)로 작동합니다. 큐비트의 원리는 중첩과 얽힘입니다. 큐비트는 30%의 확률로 0이 되고 70%의 확률로 1이 되는 것으로 작동한다고 합니다. 이를 중첩이라고 하며, 30%의 확률과 70%의 확률이 서로 영향을 주고받는 것을 얽힘이라고 표현합니다. 큐비트를 이용하여 정보를 저장하거나 연산하면 디지털 컴퓨터보다 훨씬 빠른 속도를 얻을 수 있습니다.

지금까지 알려진 양자컴퓨터의 운영 방식은 초전도 조셉슨 접합, 이온트랩, 반도체양자점, 위상수학 네 가지입니다. 어느 방식이 양자컴퓨터의 표준이 될지는 아직 알 수 없는 상태입니다. 글로벌 빅테크 기업들은 서로 다른 방식으로 양자컴퓨터를 개발하고 있습니다. 예를 들어 IBM과 구글은 초전도 방식으로 양자컴퓨터를 개발하고 있고, 인텔은 반도체 양자점, 마이크로소프트(MS)는 반도체 전자의 위상수학적 원리를 활용해 양자컴퓨터를 개발하고 있습니다. 이번 연구결과는 이런 다양한 연구들 사이에서 새로운 양자컴퓨터의 운영 방식을 제시하며, 게임체인저라는 기술의 발전에 큰 도움이 될 것으로 기대됩니다.

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