양자역학이 태동한지 한 세기가 지난 지금, 양자역학을 이용한 정보처리 분야에서는 기초연구를 넘어 양자컴퓨터를 실현하기 위한 양자비트(큐비트,qubit)에 관한 연구가 전 세계적으로 매우 활발히 진행되고 있다. 큐비트의 구현하는 다양한 방법 중에서도 특히 초전도 현상을 이용한 큐비트 회로는 최근 수년간 눈부신 발전을 이루어 왔고, 기술적으로 매우 성숙되면서, 양자정보통신 분야 전반에 큰 임팩트를 주었다. 이러한 결과들은 어쩌면 양자컴퓨터가 멀지 않아서 정말로 실현될 수도 있겠다는 기대를 높여주는 결정적 계기가 되었다.
초전도 큐비트 연구의 부산물로서 조셉슨 접합과 마이크로파 광자의 양자역학적 상호작용을 다루는 회로양자전기동역학(circuit QED)은, 원자와 레이저를 이용하여 수행되던 양자광학 및 원자물리의 실험들을 사람이 디자인하고 제작하는 소자(chip)에서 자유자재로 구현할 수 있는 길을 열어줌으로써, 양자역학의 기반을 연구하는데 매우 강력한 도구가 되기도 한다.
이번 강의에서는 본 연구팀이 표준연(KRISS)에서 지난 수년간 집중적으로 진행하고 있는 superconducting qubit 및 circuit QED 연구 내용을 최신 결과들을 간단히 소개하고, 초전도를 이용한 양자컴퓨터 연구의 최근 발달과정을 조명한다. 너무나도 빠르게 변화하고 있는 국제적 연구개발동향을 소개하고, 현재의 기술적인 이슈들과 함께 물리학자의 입장에서 흥미로운 연구 주제인 circuit QED의 실험적 구현과 현황에 대하여 쉽고 재미있게 소개한다.

Quantum computer - Superconducting qubit and circuit QED

Information processing based on quantum mechanics has recently become a very active research topic, both for physics and engineering. Implementation of a quantum bit(=qubit) using superconducting Josephson junction technology has been progressing dramatically for last couple of years, far faster than the Moore's law of semiconductor industry. Now one might expect that perhaps a quantum computer may become real sometime in the future. Also, strong interaction of the microwave photon and a Josephson junction forms an interesting physical system called circuit QED(quantum electrodynamics). This circuit QED system enables us to perform various atomic-physics type experiments in the solid-state device chip. Here I will introduce our intense research activity in KRISS during last couple of years on developing superconducting qubit system and experiments on circuit QED system. General overview of the up-to-date status of the quantum information research, focusing on superconducting qubit area, will be given for general audience.