'Jiuzhang-3' 광학 양자 컴퓨팅 프로토타입이 성공적으로 개발되어 다시 한번 세계 신기록을 세웠습니다.

연구원들은 시공간 역다중화를 위한 새로운 광자 감지 방법을 설계하고 충실도가 높은 준광자수 분해 가능 감지기를 구축하여 광자 조작 및 양자 컴퓨팅 복잡성 수준을 향상시켰습니다. 공개적으로 발표된 최적의 클래식 정확한 샘플링 알고리즘에 따르면 "Jiuzhang-3"의 가우시안 보스 샘플링 처리 속도는 이전 세대 "Jiuzhang-2"보다 100만 배 더 빠릅니다. '나인 챕터 3'이 100만분의 1초 안에 처리하는 가장 복잡한 샘플은 현재 가장 강력한 슈퍼컴퓨터 '프론티어'가 200억년 이상 걸릴 것이다. 이번 성과는 광양자컴퓨팅 분야에서 우리나라의 국제적 선도적 위치를 더욱 공고히 했습니다.

△실험장치 개략도

양자컴퓨팅은 포스트 무어 시대의 새로운 컴퓨팅 패러다임이다. 원칙적으로 초고속 병렬 컴퓨팅 기능을 갖추고 있습니다. 사회적, 경제적 가치가 큰 일부 문제에서 기존 컴퓨터에 비해 기하급수적인 가속을 달성하기 위해 특정 양자 알고리즘을 사용할 것으로 예상됩니다. 따라서 양자 컴퓨터를 개발하는 것은 현재 세계 과학 기술의 최전선에서 가장 큰 과제 중 하나입니다.

이를 위해 국제학계는 3단계 발전노선을 마련했다. 그 중 첫 번째 단계는 '양자 컴퓨팅 우월성'을 달성하는 것인데, 즉 100큐비트에 가까운 고정밀 양자 제어를 통해 특정 문제를 해결하면 슈퍼컴퓨터와 비교할 수 없는 컴퓨팅 파워를 보여준다. 동시에, 그 과정에서 내결함성 기능을 갖춘 범용 양자 컴퓨터 개발을 위한 기술적 기반을 제공하기 위해 확장 가능한 양자 제어 기술이 개발되었습니다.

2020년 중국 과학기술대학교 팀은 76광자 '9장' 광학 양자 컴퓨팅 프로토타입을 성공적으로 구축하여 국제적으로 처음으로 광학 시스템의 '양자 컴퓨팅 우월성'을 달성했으며, 양자 우월성이 샘플 수에 달려 있다는 Google 실험의 허점을 극복했습니다. 2021년 중국 과학기술대학교 팀은 113광자 위상 프로그래밍 가능 'Jiuzhang-2' 및 56비트 'Zuchong-2' 양자 컴퓨팅 프로토타입을 더욱 성공적으로 개발하여 중국을 광학 및 초전도 기술 경로 모두에서 '양자 컴퓨팅 우위'를 달성한 유일한 국가로 만들었습니다.

△광양자컴퓨팅의 국제경쟁 상황

일련의 혁신을 통해 중국 과학 기술 대학 팀은 처음으로 255개의 광자를 조작하는 능력을 달성하여 광학 양자 컴퓨팅의 복잡성을 크게 개선하고 "Jiuzhang-2"보다 100만 배 빠른 Gaussian Bose 샘플링 처리를 수행했습니다. 연구팀은 또한 광학 양자 컴퓨팅 프로토타입의 "Nine Chapters" 시리즈 구축을 기반으로 가우시안 보스 샘플링과 그래프 이론 사이의 수학적 연관성을 밝혔으며, 고전 컴퓨터의 정밀한 시뮬레이션보다 1억 8천만 배 빠른 조밀한 하위 그래프와 같은 실용적인 가치를 지닌 두 가지 유형의 그래프 이론 문제의 해결을 완료했습니다. 또한 무조건 다광자 양자정밀 측정의 장점을 세계 최초로 입증했다.