라영식 교수 연구팀 “양자오류 정정 위한 핵심 기술 확보”“펨토초 레이저 활용 세계 최초 실험 구현”
  • ▲ KAIST 물리학과 라영식 교수 연구팀. 왼쪽에서 두번째가 라영식 교수.ⓒKAIST
    ▲ KAIST 물리학과 라영식 교수 연구팀. 왼쪽에서 두번째가 라영식 교수.ⓒKAIST
    KAIST 물리학과 라영식 교수 연구팀이 양자오류 정정 기술의 핵심인 3차원 클러스터 양자얽힘 상태를 실험으로 구현하는 데 성공했다.

    25일 KAIST에 따르면, 측정기반 양자컴퓨팅은 특수한 양자 얽힘 구조를 가진 클러스터 상태를 측정하여 양자 연산을 구현하는 새로운 패러다임의 방식이다.

    범용 양자컴퓨팅을 위해 2차원 클러스터 상태가 사용되지만, 결함허용 양자컴퓨팅(Fault-Tolerant Quantum Computing)으로 발전하기 위해서는 더욱 복잡한 3차원 클러스터 상태가 필요하다. 그러나 3차원 클러스터 상태의 복잡한 양자 얽힘 구조로 인해 실험적 구현은 그동안 이뤄지지 못했다.

    연구팀은 펨토초 시간-주파수 모드를 제어하여 양자 얽힘을 구현하는 기술을 개발해 3차원 클러스터 양자 얽힘 상태를 세계 최초로 생성하는 데 성공했다. 펨토초 레이저를 비선형 결정에 입사시켜 여러 주파수 모드에서 양자 광원을 동시에 생성하고, 이를 활용해 3차원 클러스터 양자 얽힘 상태를 만들었다.

    라영식 교수는 “이번 연구는 기존 기술로는 구현하기 어려웠던 3차원 클러스터 양자 얽힘 상태 제작에 성공한 최초의 사례”라며 “향후 측정기반 양자컴퓨팅 및 결함허용 양자컴퓨팅 연구에 있어 중요한 발판이 될 것”이라고 밝혔다.

    이번 연구에는 물리학과 노찬 석박사통합과정 학생이 제1 저자로 참여했으며, 곽근희, 윤영도 석박사통합과정 학생이 공동 저자로 참여했다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 포토닉스(Nature Photonics)’에 2025년 2월 24일 온라인판으로 정식 출판됐다.