📌 옥스퍼드가 이룬 ‘670만분의 1 오류’…양자컴퓨터 패러다임 바꾼다
옥스퍼드대 과학자들이 세계에서 가장 정확한 양자 연산을 구현했습니다. 이들은 마이크로파로 제어되는 이온을 이용해 무려 670만번 연산 중 단 1번만 오류를 발생시키는 놀라운 정밀도를 달성했습니다. 이는 이전 세계기록보다 약 10배 향상된 수치로, 양자컴퓨터의 크기와 비용을 대폭 줄일 수 있는 가능성을 보여줍니다.
🌟 세계기록 경신한 양자 연산 정확도
옥스퍼드대 물리학과 연구진은 단일 양자비트(큐비트) 연산 오류율을 **0.000015%**로 낮췄습니다. 이것은 670만번의 연산 중 1번의 실수를 의미하며, 올해 벼락 맞을 확률(120만분의 1)보다도 훨씬 낮은 수치입니다. 이번 성과는 2014년 옥스퍼드 연구팀이 세운 이전 기록(100만분의 1)도 크게 넘어서는 것입니다.
옥스퍼드대 데이비드 루카스 교수는 “우리가 아는 한, 이는 전 세계에서 가장 정확하게 제어된 큐비트 연산”이라며, “실제 문제를 해결할 수 있는 실용적 양자컴퓨터 구축에 중요한 한 걸음”이라고 밝혔습니다.
🔧 양자컴퓨터 실용화의 열쇠, ‘정밀 제어’
양자컴퓨터로 의미 있는 계산을 수행하려면, 수많은 큐비트와 연산을 조합해야 합니다. 이때 오류율이 너무 높으면 최종 계산 결과는 쓸모없게 됩니다. 현재의 양자컴퓨터 설계는 높은 오류율을 보정하기 위해 많은 추가 큐비트를 필요로 하는데, 오류를 줄이면 보정용 큐비트 수도 함께 줄어들어 결과적으로 컴퓨터 크기와 비용이 감소합니다.
이번 연구의 공동 1저자인 몰리 스미스는 “오류 확률을 극적으로 줄임으로써, 오류 보정을 위한 추가 인프라가 줄어 양자컴퓨터를 더 작고 빠르고 효율적으로 만들 수 있다”고 강조했습니다. 정밀한 큐비트 제어는 양자컴퓨터뿐만 아니라 정밀 시계, 양자센서 등 다른 양자 기술에도 활용될 수 있습니다.
💡 칼슘 이온 + 마이크로파 = 혁신의 핵심
이번 성과는 **트랩에 잡힌 칼슘 이온(Ca+)**을 큐비트로 사용해 달성했습니다. 칼슘 이온은 수명이 길고 안정성이 뛰어나 양자 정보 저장에 적합합니다. 기존에는 레이저로 큐비트를 제어했지만, 옥스퍼드 연구팀은 **전자기파(마이크로파)**로 양자 상태를 제어했습니다.
마이크로파 방식은 레이저보다 훨씬 저렴하고 견고하며, 트랩 이온 칩에 통합하기도 쉽습니다. 특히, 실험은 상온에서 자기장 차폐 없이 진행되었기 때문에 양자컴퓨터 제작의 기술적 난이도도 크게 낮출 수 있었습니다.
⚠️ 아직 풀어야 할 숙제: 2큐비트 게이트
연구진은 이번 기록이 단일 큐비트 연산에 국한된 것으로, 양자컴퓨터 상용화를 위해서는 2큐비트 연산 오류율도 대폭 낮춰야 한다고 강조했습니다. 현재 최고 수준의 2큐비트 게이트는 약 2000번 중 1번 꼴로 오류를 발생시키고 있어, 단일 큐비트 수준의 정밀도로 발전시키는 것이 향후 과제입니다.
📝 연구 배경 및 논문 정보
- 연구는 옥스퍼드대 물리학과 몰리 스미스, 아론 르우, 마리오 겔리, 데이비드 루카스 교수와 오사카대 양자정보·생물학 센터의 미야니시 코이치로 박사가 함께 수행했습니다.
- 본 연구는 영국 국가양자기술프로그램의 일환으로, 영국 양자컴퓨팅·시뮬레이션 허브(QCS Hub)에 속해 진행되었습니다.
- 논문: Single-Qubit Gates with Errors at the 10⁻⁷ Level, Physical Review Letters (2025년 6월 12일 게재)
🔗 출처: University of Oxford / Physical Review Letters