경희대 이수준 교수 연구팀, 양자정보통신 부정보 활용 양자상태 교환 기술 개발
경희대 이수준 교수 연구팀, 양자정보통신 부정보 활용 양자상태 교환 기술 개발
  • 임지연 기자
  • 승인 2019.01.31 15:57
  • 댓글 0
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분산 양자 컴퓨팅 SWAP 게이트 구현 활용 기대

[대학저널 임지연 기자] 경희대학교 이과대학 수학과 이수준 교수 연구팀이 두 사용자의 양자정보를 교환하는 ‘상태교환(state exchange)’이라는 새로운 프로토콜과 양자정보통신에서 부정보를 이용한 양자상태 교환 기술을 개발했다. 양자정보통신에서 필수적이지만 비용이 많이 발생하는 얽힘을 가능한 한 줄이고 ‘부정보(side information)’를 활용해 정보를 교환하는 방식이다.

보통 양자정보를 전달하기 위해서는 양자전송(quantum teleportation)이라는 양자통신 프로토콜을 사용하는 것이 가장 쉬운 방법이며, 이 양자전송을 수행하기 위한 두 사용자간의 양자채널은 얽힘을 통해 만들어진다. 그렇지만 두 사용자간의 얽힘을 만들기는 쉽지도 않고 비용이 발생하기 때문에 연구팀들은 얽힘의 사용 횟수와 크기를 줄이는 데 집중해왔고 부정보에서 그 해법을 찾았다.

이수준 교수 연구팀은 이번 연구를 통해 ‘양자상태 교환’에서 부정보를 활용해 얽힘의 크기와 비용을 줄이거나, 얽힘을 통하지 않고 정보를 교환할 수 있음을 밝혀냈다. 이와 함께 이 부정보를 활용한 방식으로 얽힘이 없이 양자정보를 서로 교환할 수 있을 뿐더러, 앞으로 사용할 수 있는 얽힘을 두 사용자 사이에 발생시킬 수 있다는 사실도 발견했다.

이 기술은 향후 양자정보통신뿐만 아니라 양자컴퓨터 분야에서도 활용될 수 있는데, 특히 분산 양자 컴퓨팅을 구현하는 데에 중요하게 사용될 SWAP 게이트 구현에 큰 역할을 할 것으로 기대되고 있다.

좁은 의미의 ‘양자상태 교환’은 양자컴퓨팅 회로에서 SWAP 게이트로 표현될 수 있는데, 이 연구가 SWAP 게이트를 구현하는 데에 효율적인 방법을 제공하고 있어 이 방법을 통해 분산 양자 컴퓨팅 구현에 활용될 것으로 기대한다.

이번 연구는 ‘부정보를 이용한 상태교환(State Exchange with Quantum Side Information)’이라는 논문으로 관련 분야의 권위 있는 국제학술지인 <피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)> 1월호에 게재됐다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 중견연구과제와 한-EU(ERC) 연구자 교류협력사업의 지원으로 경희대 수학과 이용해 박사과정 학생과 이수준 교수의 주도로 진행됐으며 영국 노팅엄 대학, 미국 MIT, 일본 동경대 연구진들이 이 교수팀과 함께 공동 연구를 수행했다. 


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