라이프니츠 하노버대, 580만 유로 HybriQCS로 분자-리드버그 하이브리드 양자시스템 개발 착수

프로젝트 배경과 지원 구조

HybriQCS(Hybrid Systems for Quantum Computing and Simulation)는 독일 연방 연구·기술·우주부(BMFTR)의 Quantum Futur 신진 연구자 경쟁 프로그램을 통해 580만 유로를 확보했다. 사업 기간은 2026년 3월 1일부터 2031년 2월 28일까지 5년이다. 연구 거점은 라이프니츠 하노버대학교이며, 니더작센 주(Lower Saxony) 광역 양자기술 생태계인 QVLS(Quantum Valley Lower Saxony)와 우수연구클러스터 QuantumFrontiers 내에서 운영된다.

하이브리드 아키텍처: 메모리와 처리의 역할 분담

이 프로젝트의 설계 원칙은 두 플랫폼의 보완적 특성을 계층화하는 데 있다. 극저온 극성 분자는 환경과의 결합이 매우 약해 수초에서 수분 수준의 긴 결맞음(coherence) 시간을 유지하며, 양자 정보의 장기 저장 역할을 맡는다. 반면 리드버그 원자는 고도로 들뜬 중성 원자 상태로서 강한 쌍극자-쌍극자 상호작용을 이용해 빠른 다중 큐비트 게이트 연산과 원거리 얽힘 생성을 담당한다. 각 플랫폼이 단독으로는 갖지 못하는 특성을 상호 보완하는 구조다.

5년 내 핵심 목표: 분자-리드버그 결합 2큐비트 게이트 최초 구현

프로젝트가 5년 안에 달성해야 할 가장 중요한 기술 이정표는 극저온 분자와 리드버그 여기 상태를 결합한 첫 번째 2큐비트 양자 논리 게이트 연산을 실험적으로 시연하는 것이다. 이는 이질적 두 플랫폼 간의 제어된 양자 연산이 실현 가능함을 증명하는 개념 검증(proof-of-concept)에 해당한다. 중성원자 기반 양자컴퓨팅은 리드버그 원자 단독 구성으로도 빠르게 발전하고 있으나, 분자를 메모리로 통합하는 접근은 현재 초기 탐색 단계다.

광학 원자시계 응용과 상업화 경로 모색

연구팀은 양자컴퓨팅에 그치지 않고, 이종 원자를 활용한 광학 원자시계 구현도 함께 검토한다. 분자와 중성 원자 각각의 시계 전이를 교차 비교해 공통 모드 광학 노이즈를 상쇄함으로써 저잡음 주파수 표준을 만드는 방식이다. 또한 독일 국가 계량 기관인 PTB(Physikalisch-Technische Bundesanstalt)의 이온트랩 연구그룹과 협력해 하이브리드 양자 하드웨어의 상업적 스핀오프 가능성도 병행 검토한다.

기술적 현실과 한계

하이브리드 시스템은 이론적 매력이 크지만 구현 난도도 그만큼 높다. 분자와 원자는 각기 다른 냉각 방식, 제어 파장, 진공 조건을 필요로 하며, 이를 단일 실험 플랫폼에서 동시에 안정적으로 제어하는 것은 정밀 광학·극저온 공학의 복합 과제다. 5년 안에 2큐비트 게이트를 시연한다는 목표는 기초 연구 수준의 첫 걸음으로, 양자컴퓨팅 활용 단계까지는 상당한 추가 개발이 필요하다.