[르포]구글·MS도 뛰어든 ‘중성원자 양자컴’…韓, 1000큐비트 목표 ‘잰걸음’
2026.04.26 15:13
오류정정 없이 원자 포획해 큐비트로 제어 가능...상용화 위한 기술개발 치열
“초전도 양자컴퓨터 개발을 선도해 오던 구글이 최근에는 중성원자 양자컴퓨터 개발에 뛰어 들었을 정도입니다.”
대전 한국표준과학연구원 첨단측정연구동 지하 1층 중성원자 양자컴퓨터 연구실. 커다란 직사각형의 철제 탁자 위에 각종 레이저 부품과 광학계, 주파수 광변조기 등이 여러 가닥의 선과 복잡하게 연결돼 있었다.
이런 광학 및 전자장치는 레이저를 켜고 끄는 방식으로 주파수·신호의 안정화 과정을 거쳐 진공챔버 속에서 큐비트를 양자상태로 만드는 핵심 역할을 한다.
연구실은 최근 전 세계적으로 각광받고 있는 중성원자 기반 양자컴퓨터 개발에 한창 중이었다. 오는 2032년까지 1000큐비트의 중성원자 기반 양자컴퓨터를 개발하는 게 목표다.
과학기술정보통신부의 양자과학기술 플래그십 프로젝트의 지원을 받아 기술개발을 진행하고 있다.
송윤흥 선임연구원은 “성능 향상을 위해 점점 늘어나는 큐비트의 오류정정 해결의 어려움으로 인해 중성원자 기반 양자컴퓨터가 새로운 대안으로 부각되고 있다”며 “최근 구글은 초전도 방식에 이어 중성원자 방식으로 양자컴을 개발했다고 밝혔고, 마이크로소프트와 프랑스 파스칼, 미국 큐에라 등도 상용화 시장에 뛰어들고 있다”고 설명했다.
중성원자 양자컴퓨터는 전하를 띠지 않는 중성원자 하나를 큐비트로 활용하는 방식이다. 초전도 큐비트와 달리 자연계에 존재하는 루비듐, 세슘 등의 알칼리 금속을 원자로 활용해 진공환경에서 레이저로 절대온도에 가깝게 냉각시켜 원자를 자유롭게 배열할 수 있어 확장성과 연결성이 뛰어나고, 양자컴퓨터의 최대 난제 중 하나인 오류 정정도 쉽다.
이 때문에 초전도, 이온트랩 기반에 이어 중성원자 기반 양자 플랫폼이 산업계의 관심을 받으며 양자컴 분야의 새로운 게임체인저로 급부상하고 있다.
표준연은 2016년 국내에서 가장 빨리 중성원자 기반 양자컴 연구를 시작했다. 이를 가능케 한 것이 시간 단위인 ‘초’를 정의하는 국제표준으로 채택된 ‘세슘 원자시계’에 이어 ‘이터븀 광시계’를 개발한 경험과 정밀 측정기술 분야에서 세계 최고 수준의 역량을 갖추고 있기 때문이다.
연구팀은 중성원자 양자컴 개발에 이터븀 방식을 적용하고 있다.
송 선임연구원은 “현재 100큐비트를 가지고 측정하는 데 성공해 점차 큐비트 수를 늘려가고 있다”며 “중성원자 양자컴의 핵심은 매우 좋은 진공 상태를 만들고, 레이저로 냉각 및 큐비트를 얼마나 잘 제어하는 기술에 달려 있다”고 말했다.
이어 “중성원자 양자컴은 큐비트 규모 확장성과 연결성이 뛰어나고, 큐비트 측정 및 제어 신뢰도가 높아 최근 급성장하고 있다”며 “개발 초기 단계인 만큼 우리나라가 역량을 집중해 속도를 높여 나간다면 이 분야의 선도국으로 나아갈 수 있는 토대를 마련할 수 있다”고 지적했다.
현재 KAIST는 루비듐 등의 원소를 사용하는 방식으로 중성원자 양자컴 연구를 수행하고 있다.
최재혁 표준연 양자기술연구소장은 “중성원자 기반 양자컴은 기술 발전 가능성과 응용 잠재력이 매우 큰 분야”라며 “세계적 수준으로 평가받는 우리의 레이저 기술과 광학기술의 접목하면 양자컴 분야에서 우리나라가 앞서가는 기회가 될 것”이라고 기대했다.
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