한국전자통신연구원(ETRI)은 실리콘포토닉스 양자칩을 확장해 광자 8개를 제어할 수 있는 시스템을 완성하고 8개의 광자에 의해 발생하는 양자 현상들을 실험 중이라고 4일 밝혔다.

지난 2023년, 연구진은 KAIST 및 이탈리아 트렌토(Trento) 대학과 협력해 광자 4개를 제어할 수 있는 4큐비트 실리콘 포토닉스 칩에서 2큐비트와 4큐비트 양자 얽힘을 구현했다.

큐비트는 광자가 가는 길을 두 개로 나누어 위로 가면 0, 아래로 가면 1로 표현하는 광자기반 양자회로로, 4큐비트는 빛이 가는 길이 위와 아래를 합쳐 총 8개, 8큐비트는 16개의 신호가 표현된다.

이번에 개발중인 8큐비트 생성 및 제어 양자 칩은 한 손톱만 한 크기의 실리콘 칩에 광자기반 양자 회로를 포함한 실리콘 포토닉스 양자 칩을 만들고, 여러 개의 양자 칩들을 네트워크로 연결해 범용 양자컴퓨팅을 구현하는 기술이다.

한편 연구진은 광자생성기, 위상변조기, 스위치 등 다양한 광학소자를 이번 새로 만든 칩에 만들어 넣어 빛의 경로를 조절해 양자 간섭을 발생시켰다. 칩 내에는 비선형 광자 쌍생성 소스 8개와 광 경로를 조절하는 광스위치가 40여 개 들어 있으며 광스위치 중 20여 개는 양자 게이트 역할을 했다.

또한 연구진은 특히 서로 다른 방향에서 진입한 두 개의 광자가 만나면 서로에게 영향을 주어서 함께 뭉쳐서 진행하는 양자 현상인 홍-오우-만델(Hong–Ou–Mandel) 효과를 칩 내에서 측정하기도 했다.

연구진은 향후 기술의 완성도를 높여 올해 중 16큐비트 칩 개발에 도전하고, 이후 32큐비트로 확장 개발, 양자 기계학습(ML)을 포함한 양자컴퓨팅 응용 연구에 이용할 계획이다.

ETRI 윤천주 양자기술연구본부장은 “향후 기술적 완성도를 제고해 양자컴퓨터를 통해 외국의 사례처럼 5년 내 클라우드 서비스를 계획 중이다.”라며 “실험실 규모라도 시스템이 돌아가도록 만들어 새로운 영역의 학문개척에 나설 방침이다.”고 말했다.