국내 연구진이 컴퓨팅 프로그램을 컴파일하는 과정을 빠르게 만들어 주는 소프트웨어(SW) 원천기술 개발에 성공했다. 특히 이 기술을 이용, 양자 알고리즘을 양자 기계어로 신속히 변환할 수 있다는 것을 입증해 보여 주목을 받고 있다. 이는 양자컴퓨팅에 적용할 경우 훨씬더 빠른 연산을 할 수 있게 해주는 핵심기술을 개발했다는 의미다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 4일 양자컴퓨팅 플랫폼 개발과 관련, 양자 알고리즘을 컴퓨터가 이해하도록 양자 기계어로 변환하는 과정에서 기존 기술보다 효율적으로 양자 컴파일링을 하게 해 주는 요소기술 개발에 성공했으며, 이 연구 논문이 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 최근호에 게재됐다고 발표했다.

연구진은 논문을 통해 대부분의 양자 알고리즘에서 사용되는 ‘조건부 회전 게이트(Controlled-Rn)’라는 기본적인 양자 연산에 대한 세가지 효율적인 컴파일 방법을 개발했다고 밝혔다. 이는 향후 개발될 양자컴퓨팅에 활용될 수 있다. 또 모든 컴퓨팅에 있어 알고리즘을 개발해 프로그래밍하면 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어로 바꾸는 작업, 이른바 기계어 변환 과정을 거쳐야 한다.

연구진은 기존 컴파일 기술보다 더 빠르게 회전게이트 숫자를 35개에서 21개로 대폭 줄였다. 또한 물리적 구조에 적합한 맞춤형으로 컴파일되는 방법을 제안했다. 아울러 양자컴퓨터의 동작시간을 기존 17단계에서 5회로 줄이는 방법도 고안해 냈다. 실제로 연구진이 양자컴퓨팅을 통해 간단한 연산 ‘2+3’을 명령하자 화면상에는 양자적으로 계산한 결과가 나왔는데 ETRI연구진 방식의 연산이 훨씬더 빠르게 이뤄졌다.

또한 덧셈기 회로를 통해 양자 프로그래밍을 해 본 결과 1364회를 작업해야 했지만 ETRI 연구진이 개발한 컴파일 엔진을 사용한 결과 145개 라인으로 바뀌었다. 결국 ETRI연구진의 연구방식이 양자 연산시 보다 쉽고 더 빠르게 연산이 가능케 된 것을 입증할 수 있었다. 그동안 전 세계 양자컴퓨팅 관련 일부 연구자들은 컴파일 과정, 즉 기계어 변환시 양자컴퓨팅 자원을 너무 많이 쓴다는 지적을 해 왔는데 ETRI연구진이 연구 논문을 통해 이 문제의 실마리를 제시한 셈이다.

ETRI 측은 “연구진에 의해 양자컴퓨팅 컴파일과 관련된 비밀이 밝혀짐으로써 향후 양자컴퓨터의 성능 동작 시간이 더 빨라질 전망”이라고 기대감을 보였다. 이는 똑같은 연산수행을 할 때 속도가 더 빨라지게 할 수 있다는 의미다. 이번 양자알고리즘을 양자기계어로 신속히 변환해 주는 기술을 적용함에 따라 더 적은 큐빗(Qubit)과 게이트를 쓰게 되고, 이는 양자컴퓨팅 오류보정에 들어가는 부하량도 크게 줄여줄 것으로 전망했다.

한편 ETRI는 이 기술의 핵심내용을 미국 등에 특허출원 중인 가운데 이를 모든 양자컴퓨터에 적용할 수 있기를 기대한다고 밝혔으며, 최병수 ETRI 양자창의연구실장은 “이 연구개발을 통해, 양자 알고리즘을 양자컴퓨터에서 실행할 때 필요한 세부 기술을 선점하고, 추가적으로 양자컴퓨팅 소프트웨어 기술의 유효성을 검증, 양자컴퓨팅을 구체화해 나갈 예정”이라고 말했다.