초록 |
□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ◯ 인공지능을 위한 양자컴퓨팅 기술과 서비스 기초 원천기술 확보 및 인력양성 ◼ 전체 내용 ◯ 1세부 최종목표: 큐비트 간의 얽힘 상태를 생성, 제어 및 측정 플랫폼 개발 ◯ 2세부 최종목표: 저비용 양자오류정정 기술, 위상학적 연접 큐비트 보호 기술 및 큐비트 칩 성능 및 얽힘 검증기술 개발 ◯ 3세부 최종목표: 양자기계학습을 활용한 양자인공지능 원천 알고리듬 확보와 클라우드 서비스 기술 확보 ◯ 4세부 최종목표: 실용 문제기반 양자인공지능 서비스모델과 기술혁신시스템 정책 융합 ◼ 1단계-1년차 ❏ 목표 양자컴퓨팅 및 양자 데이터 과학 기초 기술 연구 ❏ 내용 - 3 원자 큐비트 얽힘 생성 및 제어 - 양자오류정정 부호 및 성능 검증 방법 제안 - 기존 양자기계학습 알고리듬 인공지능 적용 연구 - 양자 데이터베이스 기술 개발 및 빅데이터 수집 ◼ 1단계-2년차 ❏ 목표 큐비트 확장기술 및 양자기계학습 알고리듬 연구 ❏ 내용 - 5 원자 큐비트 얽힘 생성 및 제어 - 소요 자원 절감 양자오류정정 부호 및 양자얽힘 검증 방법 개발 - 고유 양자기계학습 알고리듬 연구 - 양자인공지능 알고리듬 연구 ◼ 1단계-3년차 ❏ 목표 양자컴퓨팅 및 양자기계학습 핵심 기술 ❏ 내용 - 2차원 카고메망 격자구조 원자 기반 10큐빗 양자 시뮬레이션 - 양자오류정정부호 개선 및 큐비트 측정과 계산 복잡도 분석 - 지능 축적 양자기계학습 인공지능 응용 연구 양자인공지능 알고리듬 응용 ◼ 1단계-4년차 ❏ 목표 양자컴퓨팅 확장성 기술 및 양자인공지능 서비스 핵심 기술 확보 ❏ 내용 - 3차원 격자 원자 기반 100큐빗 양자 시뮬레이터 시연 - 양자오류정정 부호 효율성 증대 및 큐비트 순도 검증 방법 개발 - 양자기계학습 인공지능 클라우드 핵심 기술 연구 - 양자인공지능 기반 문제 해결 및 서비스 시연 ◼ 2단계-1년차 ❏ 목표 양자컴퓨팅 응용 핵심 기술 및 양자인공지능 응용 모델 연구 ❏ 내용 - 다중큐비트 기반 양자 자성체 시뮬레이션 핵심 기술 연구 - 양자 오류정정부호 기반 컴퓨팅 연구 및 잡음환경에서 큐비트 성능 검증 - 양자 딥러닝 학습 알고리즘 연구 및 응용 서비스 모델 개발 - 양자 인공지능 기반 응용 모델 개발 및 양자기술 사업화 특성 분석 ◼ 2단계-2년차 ❏ 목표 양자컴퓨팅 응용 고도화 기술 및 양자인공지능 기반 서비스 기술 개발 ❏ 내용 - 다중큐비트 기반 양자 자성체 시뮬레이션 고도화 연구 - 양자 오류정정부호 기반 컴퓨팅 기법 개발 및 최적의 큐비트 상태 준비 - 분산 양자 시스템 운용 연구 및 응용 서비스 최적화 - 양자 인공지능 기반 진단 기술 및 양자기술 사업화 모델 개발 □ 연구개발성과 [연구 성과에 대한 정량적 평가 요약] *AI양자컴퓨팅 IT 인력양성 연구센터로부터 이전 받은 특허 기술을 기반으로 신약 및 신물질 개발 양자 소프트웨어를 개발, 서비스를 제공하는 주식회사 큐노바를 창업함. [연구 성과에 대한 정성적 평가 요약] 1세부 최종목표: 큐비트 간의 얽힘 상태를 생성, 제어 및 측정 플랫폼 개발 - 1차년도 : 3 원자 큐비트 얽힘 생성 및 제어 - 2차년도 : 5 원자 큐비트 얽힘 생성 및 제어 - 3차년도 : 2차원 카고메망 격자 원자 기반 10큐비트 양자 시뮬레이션 - 4차년도 : 3차원 격자 원자 기반 100큐비트 양자 시뮬레이터 시연 - 5차년도 : 광집적회로상 구현된 저면적, 저손실 양자 메모리 개발 - 6차년도 : 양자 광집적회로 시뮬레이터 제작 핵심 우수성과 - 양자선 (quantum wire) 기반 100큐비트 얽힘 게이트 조작이 가능한 리드버그 큐비트 기술 개발하여 양자-Ising 동역학 양자 시뮬레이션 기술 시연으로 이 분야 세계 5대 핵심 연구팀 성과 배출 (안재욱, PR Research 2021) - 초흡수로 큐비트 높은 정확도의 광자-원자 결합 기술: 초방사의 time-reversal 조건을 만족하여 초흡수 현상이 존재함을 밝힌 매우 중요한 물리학적 발견. 이를 기반으로 큐비트-큐비트 간의 광자 강한 결합의 가능성이 제시되어 대규모 분산 큐비트 양자컴퓨팅 기술의 실현의 가능성이 제시됨 (안경원, Nature Photon., 2021) ◯ 2세부 최종목표: 저비용 양자오류정정 기술, 위상학적 연접 큐비트 보호 기술 및 큐비트 칩 성능 및 얽힘 검증기술 개발 - 1차년도 : 양자오류정정 부호 및 성능 검증 방법 제안 - 2차년도 : 소요자원 절감 양자오류정정 부호 및 양자얽힘 검증 방법 개발 - 3차년도 : 양자오류정정부호 개선 및 큐비트 측정과 계산복잡도 분석 - 4차년도 : 양자오류정정 부호 효율성 증대 및 큐비트 순도 검증 방법 개발 - 5차년도 : 표면부호의 구조적 분석 및 저 복잡도 복호 알고리즘 개발 - 6차년도 : 양자 컴퓨팅 과정에서 얽힘 생성 검증 기법 개발 핵심 우수성과 - 집적화된 양자컴퓨팅 시스템에서 역동적인 양자에러정정 기술: 양자에러정정은 매우 많은 계산량을 필요로하는데, 역동적인 계층적 논리큐비트의 구성으로 최적화하는 양자 오류 정정 기술 (허준, npj Scientific Report 2020) - 양자네트워크 코딩 기술: 큐비트 측정을 통해 얻은 비국소성에 기반하여 양자 네트워크 코딩의 구현하여 고전 네트워크 코딩 대비 양자 네트워크 코딩의 우위 확인, 분산 양자컴퓨팅의 원천기술 확보 (배준우, Phys. Rev. Lett. 2020) - 위상학적 오류정정부호 복호 알고리즘 기술 : 표면부호 및 토릭부호의 위상학적 격자구조를 분석하여 기존 복호 알고리즘 대비 저 복잡도 복호 알고리즘 기술 확보 - 양자 컴퓨팅에서 발생하는 얽힘 생성 검증 기법 개발 ◯ 3세부 최종목표: 양자기계학습을 활용한 양자인공지능 원천 알고리듬 확보와 클라우드 서비스 기술 확보 - 1차년도 : 기존 양자기계학습 알고리듬 인공지능 적용 연구 - 2차년도 : 고유 양자기계학습 알고리듬 연구 - 3차년도 : 지능 축적 양자기계학습 인공지능 응용 연구 - 4차년도 : 양자기계학습 인공지능 클라우드 핵심 기술 연구 - 5차년도 : 양자 딥러닝 알고리즘의 학습 다이나믹 연구 - 6차년도 : 분산 양자 시스템 운용 연구, 최적화 문제에 대한 양자 알고리듬 기술 연구 핵심 우수성과 - 커널기반 비선형 양자 분류 학습 기술: 유니터리게이트로 이루어진 양자회로 알고리즘에서 거듭제곱 커널을 구현하는 방법을 착안하여 IBM Q 클라우드를 활용하여 시현에 성공함. (이준구, npj Qunatum Info 2020) - 사례기반추론(Case-based Reasoning) 자연과학 기술 탐색 양자알고리즘 기술 개발하여 9백만 건 이상의 지식을 처리하는 지식노드 탐색 서비스 개발, (주)호모미미쿠스가 개발중인 자연모방 방위 산업 제품 등에 점진적 양자인공지능 적용 및 인공지능 경쟁력 확보 (호모미미쿠스 제품 및 서비스, 2021) - D-Wave 양자 어닐러를 활용한 저궤도 위성 네트워크 최적화 및 후처리 방법 개발 저궤도 위성과 지상국의 위치 데이터를 기반으로 네트워크 위상 최적화 및 양자 어닐러 연산 결과의 신뢰성을 높이기 위한 후처리 방법인 Statistical Qubit Freezing 고안(이준구, IEEE ICC 2023 Oral Presentation) - 다입자 상태에서의 양자 전송(quantum teleportation) 능력을 바탕으로 하는 새로운 다입자 얽힘의 정도를 계산하는 얽힘 측도(genuine multipartite entanglement measure)를 개발하여 기존에 만들어진 얽힘 측도와의 장단점을 분석함 (이수준, Scientific Reports, 2023) - 완전 그래프(complete graph) 위에서 대표적인 조합 최적화 문제 중의 하나인 최대 절단(max-cut) 문제를 1단계 양자 근사 최적화 알고리듬(QAOA; quantum approximate optimization algorithm)으로 해결할 때의 근사비율이 1보다 작은데, 1단계 되풀이 QAOA(rescursive QAOA)로 해결할 때의 근사비율은 항상 1임을 증명하여 되풀이 QAOA가 QAOA보다 성능이 좋음을 해석적으로 보임 (이수준, |