[뉴스웍스=백진호 기자] 안재욱 한국과학기술원(KAIST) 물리학과 교수 연구팀이 레이저 빔을 통해 루비듐 원자를 하나씩 던지고 받는 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

KAIST에 따르면 양자컴퓨터의 기본 구성요소인 원자를 이동해 배치하는 기술은 리드버그 양자컴퓨팅 연구에서 매우 중요하다. 하지만 원자를 원하는 위치에 배치하려면, 일반적으로 광 집게라고 불리는 매우 집속된 레이저 빔을 통해 원자를 하나씩 잡아 운반해야 하는데 이 사이 원자의 양자 정보가 변할 가능성이 크다.

연구팀은 광 집게가 원자와 접촉하는 시간을 최소화해 양자 정보가 변하지 않도록 원자를 던지고 받는 방법을 개발했다. 연구팀은 원자의 온도가 매우 낮아 절대 영도 이하 4000만분의 일 온도의 차가운 루비듐 원자가 광 집게의 초점을 따라서 빛을 가하는 전자기력에 매우 민감하게 움직인다는 특성을 이용했다.

연구팀은 광 집게의 레이저를 가속해 원자에 광학적 킥을 줘서 원자를 목표지점으로 보낸 후 다른 광 집게로 날아오는 원자를 잡아서 멈추게 했다. 원자의 비행 속도는 65㎝/s이고, 이동 거리는 최대 4.2㎛다. 기존의 광 집게로 원자를 잡아 이동하는 기술과 대비해 원자를 던지고 받는 기술은 원자 이동을 위한 광 집게 이동 경로 계산이 필요 없고, 원자 배열에 생기는 결함을 쉽게 고칠 수 있다. 결과적으로 많은 개수의 원자 배열을 생성하고 유지하는 데 효과적이며, 양자 정보를 지닌 원자를 추가로 던지고 받을 때 양자 배열의 구조변화를 전제하는 양자컴퓨팅 방법을 연구할 수 있다.

안재욱 교수는 "본 기술이 더 크고 강력한 리드버그 양자 컴퓨터를 개발하는 데 사용될 것"이라 말한다. "리드버그 양자컴퓨터에서 원자는 양자 정보를 저장하고, 전자기력을 통해 인접한 원자들과 상호작용해 양자컴퓨팅을 수행할 수 있도록 배치된다. 만약 오류가 발생해 원자를 교체하거나 이동해야 한다면, 원자를 던져서 빠르게 재구성하는 방법이 효과적일 수 있다"고 말했다.

황한섭·변우정 KAIST 물리학과 박사과정 연구원과 실바앙 드 레젤러크 일본 국가자연과학연구소 연구원이 참여한 연구 결과는 국제 학술지 '옵티카' 3월 10권 3호에 출판됐다.