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[IT뉴스]잡음에도 오류없는 '양자촉매' 수학으로 증명…양자컴퓨터 성능 개선되나

온카뱅크관리자

2026-03-04 17:57:33

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> UNIST·난양공대, ‘촉매 채널’ 한계 및 가능성 동시 제시 
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 (지디넷코리아=박희범 기자)양자 촉매는 특수하게 설계된 상황에서 일정한 자원 소모없이 기존에 할 수 없던 작업을 할 수 있게 하는 특수한 형태의 양자 자원을 말한다. 
 그런데, 이 양자촉매가 영구적으로 제 기능을 유지하기 위해서는 '촉매채널'이라는 양자 연산 방식으로만 가능하다는 것이다.
 이석형 UNIST 물리학과 교수와 싱가포르 난양공과대학교 연구팀이 ‘촉매 채널’ 방식만이 실제 환경에서도 안정적인 촉매 효과를 유지할 수 있다는 것을 수학적으로 증명했다고 4일 밝혔다.
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 <img alt="외부 잡음에 따라 달라지는 양자 촉매 과정. 왼쪽 위만 좌우측 변화없이 오류에 내성이 있음을 나타낸다. 나머지는 오류에 오염된 비이상적인 과정을 보여준다.(그림=UNIST)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/04/ZDNetKorea/20260304175627418ucea.jpg" data-org-width="638" dmcf-mid="y7h1YgGhjd" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/04/ZDNetKorea/20260304175627418ucea.jpg" width="658">
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 외부 잡음에 따라 달라지는 양자 촉매 과정. 왼쪽 위만 좌우측 변화없이 오류에 내성이 있음을 나타낸다. 나머지는 오류에 오염된 비이상적인 과정을 보여준다.(그림=UNIST)
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 연구팀에 따르면 기존 양자 촉매는 입력 상태가 완벽하게 준비된다는 이상적인 가정을 전제로 설계돼, 미세한 잡음에는 취약했다는 것.
 이석형 교수는 "기존에 제시됐던 대부분의 양자 촉매 방식은 미세한 잡음에도 촉매가 점차 훼손돼 반복 사용이 어려웠다"며 "단순히 상태를 변화시키는 것을 넘어, 양자 채널 관점에서 촉매 작용을 설계해야만 잡음에 대한 내성을 가질 수 있다는 사실을 밝혀낸 것"이라고 말했다.
 양자 촉매는 화학 공정에 쓰이는 촉매처럼 자신은 소모하지 않으면서, 기존 양자 자원을 재사용하는 방식으로 효율성을 높여줄 것으로 여겨져 '양자 촉매’라고 불린다.
 연구에 따르면, 기존 연구에서 이론적으로 가정된 양자 촉매는 연산에 쓰일 입력 상태를 준비할 때 발생하는 아주 작은 오차(잡음)만으로도 망가진다. 촉매의 가장 큰 특징인 재사용성이 훼손되는 것이다.
 이에 대한 해법으로 연구팀은 ‘촉매 채널’을 제시했다. 촉매 채널은 입력 상태가 무엇이든 관계없이, 항상 촉매가 정확히 원래 상태로 복원된다는 것.
 이석형 교수는 "특정한 열역학적 조건에서는 잡음이 있어도 촉매 채널' 효과를 안정적으로 유지할 수 있다"며 "다만, 얽힘, 결맞음 등 대표적인 양자 자원의 경우에는 이 ‘촉매 채널’ 연산 방식을 적용하더라도 새로운 이득을 얻는 것이 원천적으로 불가능하다"고 언급했다.
 이 교수는 이를 ‘불가능성 정리’로 정의했다.
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 <img alt="양자채널 효과를 수학적으로 규명한 연구진. 왼쪽부터 이석형 UNIST 교수, 넬리 응 싱가포르 난양공과대학(NTU) 교수, 손정락 NTU 박사 (제1저자).(사진=UNIST)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/04/ZDNetKorea/20260304175628666fgkk.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="Wjt97IztAe" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/04/ZDNetKorea/20260304175628666fgkk.jpg" width="658">
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 양자채널 효과를 수학적으로 규명한 연구진. 왼쪽부터 이석형 UNIST 교수, 넬리 응 싱가포르 난양공과대학(NTU) 교수, 손정락 NTU 박사 (제1저자).(사진=UNIST)
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 이 교수는 이번 연구결과에 대해 "양자 컴퓨터 연산 효율을 높이기 위한 회로 최적화나 양자 열기관 설계에서, 잡음에 강한 구조를 어떻게 설계해야 하는지에 대한 가이드라인을 제시했다는 데 의미가 있다”고 부연 설명했다.
 연구는 이 교수와 넬리 응 싱가포르 난양공대 교수가 교신저자, 손정락 난양공대 박사가 제1저자로 참여했다. 프랑스 엑스-마르세유 대학교, 일본 나고야 대학교 연구진도 함께했다.
 한국연구재단과 정보통신기획평가원(IITP) 지원을 받아 연구가 진행됐다. 연구 결과는 물리학 분야 국제 학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스’에 게재됐다.
 박희범 기자(hbpark@zdnet.co.kr)
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