[과학·첨단기술] RIKEN 연구진, 양자 동기화의 난제 해결… "비가역적 양자 자원 확보"

비상호적 양자 동기화의 예술적 표현. RIKEN 연구진은 불완전성과 노이즈에 대해 탄력적인 포논의 비상호적 양자 동기화를 위한 새로운 접근 방식을 제안했습니다. 출처: 2026 RIKEN 양자 컴퓨팅 센터

일본 이사회(RIKEN) 양자컴퓨팅센터(RQC)의 이론 물리학자들이 소리 입자인 '포논(Phonon)'에서 일방향 양자 동기화를 구현하는 새로운 방법을 제시했습니다. 이번 연구는 제작 결함이나 환경 소음 같은 실제 환경의 방해 요소에도 양자 효과가 안정적으로 유지될 수 있도록 설계되어, 실용적인 양자 기술 구현에 한 발짝 더 다가섰다는 평가를 받고 있습니다.

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1. '비가역적(Nonreciprocal)' 양자 시스템의 중요성

신호가 한쪽 방향으로만 흐르고 반대 방향으로는 차단되는 '비가역적' 구성 요소는 현대 기술의 핵심입니다.

• 신호 제어의 핵심: 마이크로파나 광학 시스템에서 신호 유도 및 원치 않는 반사 감소를 위해 필수적이며, 신호 처리부터 투명 망토 기술에 이르기까지 폭넓게 응용됩니다.
• 양자 영역의 도전: 물리학자들은 두 양자 시스템이 한쪽 방향으로만 동기화되는 현상을 실험실에서 구현하고자 노력해 왔으나, 미세한 환경 변화에도 파괴되기 쉬운 양자 특성 탓에 실용화에 어려움을 겪어 왔습니다.

2. 소음과 결함에 강한 새로운 동기화 방식

프랑코 노리(Franco Nori), 아담 미라노비치(Adam Miranowicz), 라이덩가오(Deng-Gao Lai) 박사팀은 두 가지 개별 양자 효과를 결합하여 이 문제를 해결했습니다.

• 견고한 동기화: 특정 방향에서 빛이나 자기장이 가해질 때만 포논이 동기화되도록 설계되었습니다. 반대 방향에서 입력이 올 때는 동기화가 발생하지 않습니다.
• 학계의 놀라움: 연구팀은 상당한 수준의 제작 결함이나 소음이 존재하는 상황에서도 양자 동기화가 지속된다는 점을 발견했습니다. 이전까지는 복잡한 보호 장치 없이는 불가능하다고 여겨졌던 영역입니다.

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3. 양자 네트워킹 및 정보 처리의 미래

이번 연구는 취약한 양자 자원을 실질적으로 활용 가능한 '강력한 자원'으로 전환하는 토대를 마련했습니다.

• 신뢰성 높은 프로세서: 이번 성과는 더 신뢰할 수 있는 양자 프로세서와 보호된 양자 자원을 실현하는 길을 열어주었습니다.
• 향후 계획: 연구팀은 이 기술을 양자 네트워킹과 오류 방지 기능이 강화된 양자 정보 처리 분야에 적용하기 위한 후속 연구를 계획하고 있습니다.

이번 연구 결과는 세계적인 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재되었습니다.

현실 세계 소음 이겨낸 양자 동기화… RIKEN, 차세대 양자 소자 기반 마련

일본 RIKEN 연구진이 양자컴퓨팅의 고질적인 문제인 '환경 소음에 의한 신호 파괴'를 극복할 수 있는 획기적인 이론 모델을 발표했습니다. 그동안 양자 시스템은 아주 작은 환경 변화나 장치 제작상의 미세한 결함에도 그 특성이 쉽게 사라져 실용화에 큰 걸림돌이 되어 왔습니다.

하지만 이번에 제안된 비가역적 양자 동기화 방식은 소리 진동 입자인 포논을 활용해, 한 방향으로만 흐르는 안정적인 양자 신호를 생성하는 데 성공했습니다. 연구진은 빛이나 자기장을 이용해 특정 방향에서만 신호가 맞물리도록 설계했으며, 이 과정에서 발생하는 외부 소음에도 시스템이 무너지지 않고 유지되는 '강인함'을 입증했습니다. 이는 복잡한 보호 장비 없이도 양자 자원을 보존할 수 있다는 점에서 향후 양자 네트워크와 오류 없는 양자 컴퓨터 개발에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.

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