연세대학교(총장 윤동섭) 물리학과 4학년 최석원 학생이 교내 양자컴퓨터를 활용한 연구로 국제 학술지 논문을 발표했다. 학부생이 양자컴퓨팅 분야 국제 공동연구를 주도해 성과를 낸 사례다.

이번 연구는 브룩헤이븐 국립연구소 유광민 박사, 캔자스대학교 탈랄 아메드 초두리 박사와 함께 진행된 국제공동연구다. 논문은 사전 공개 이후 Physica Scripta 심사를 거쳐 2026년 1월 출판됐다.

연구는 연세대에 구축된 127큐비트 IBM 양자컴퓨터 시스템을 기반으로 수행됐다. 특히 노이즈가 많은 현세대 양자컴퓨터 환경에서도 물리 시뮬레이션이 가능함을 입증한 점이 핵심 성과로 평가된다.

양자컴퓨터는 복잡한 양자계의 거동을 계산할 수 있는 차세대 기술이지만, 현재 장비는 오류와 잡음으로 인해 계산 정확도가 낮다는 한계를 갖는다. 연구팀은 이를 극복하기 위해 ‘양자 오류 완화’ 기법을 결합해 대규모 양자 스핀계 동역학을 실제 하드웨어에서 구현했다.

연구 대상은 대표적인 이론 모델인 1차원 하이젠베르크 XXZ 스핀 사슬이다. 연구팀은 양자 상태가 시간에 따라 변하는 ‘양자 퀀치’ 동역학을 양자 회로로 구현하고, 다양한 오류 완화 기법의 성능을 비교했다.

그 결과 기존 제로잡음 외삽법보다 ‘자가 완화’ 기법이 더 안정적인 정확도를 보였다. 3000개 이상의 CNOT 게이트가 포함된 대규모 회로에서도 안정적인 계산이 가능했으며, 최대 84~104큐비트 규모까지 확장 가능한 시뮬레이션 결과를 제시했다.

또한 연구팀은 양자 시스템의 상관관계를 나타내는 핵심 물리량인 엔탱글먼트 엔트로피 측정도 실제 양자컴퓨터에서 구현했다. 실험 결과는 이론값과 높은 일치도를 보였다.

이번 연구는 노이즈가 존재하는 현세대 NISQ 환경에서도 적절한 기법을 적용하면 양자컴퓨터가 실제 과학 연구에 활용될 수 있음을 보여준 사례로 평가된다.

최석원 학생은 “현 단계 양자컴퓨터에서도 대규모 양자계 연구가 가능하다는 점을 확인했다”며 “향후 복잡한 양자 물리 문제 해결에 중요한 도구가 될 것”이라고 말했다.

연세대는 양자사업단과 양자정보기술연구원을 중심으로 연구 인프라를 확대하고 있으며, 학부생 연구 활동 지원을 통해 국제 공동연구 성과를 이어가고 있다.