- 낮은 전압으로 촉매 표면 활성화, 기존 2배 이상의 분해효율 나타내 - 물과 전기만으로 오염물 제거, 반영구적인 수처리 촉매 상용화 앞당겨 최근 강화되는 수질규제와 끊임없는 수질개선 요구가 잇따르고 있어 새로운 수처리 방식의 개발이 시급한 시점이다. 최근 더 깨끗한 물을 사용하기 위해서 하수나 폐수에 존재하는 염료, 항생제 등 기존 방식으로는 분해하기 어려운 오염물들을 효율적, 지속적으로 분해하는 공정 개발에 대한 필요성이 제기되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 물질구조제어연구센터 김종식 박사팀은 분해가 어려웠던 수용성 오염물들을 효율적이고 지속적으로 분해시킬 수 있는 촉매와 그에 필요한 공정을 개발했다고 밝혔다. 기존에 상용화된 공정은 오염물들을 수질에 무해한 물 및 이산화탄소 등으로 전환하는 강력한 분해제인 라디칼*을 이용하여 오염물을 분해한다. 하지만 지속적인 오염물 분해를 위한 촉매의 수명이 1회성이어서, 라디칼을 형성하는 라디칼 전구체**를 끊임없이 공급해야 하는 치명적인 단점들을 가진다. *라디칼(Radicals) : 물에 잘 분해되지 않는 오염물들의 산화분해에 의한 물 및 이산화탄소 생성에 적용되는 산화제 **라디칼전구체(Radical precursors): 라디칼 형성을 위한 재료 KIST 연구진이 개발한 새로운 공정은 단순한 전기화학 설비로 구성되어 있으며, 추가적인 분해제의 공급이 필요하지 않다. 또한, 낮은 전압의 전원만 걸어주면 상용공정 대비 최소 2배 이상의 오염물 분해효율을 반영구적으로 제공한다. KIST에서 개발된 공정은 단순하고 저렴한 방법에 의하여 내구성 및 수명이 극대화된 라디칼 생성용 촉매 사용을 핵심으로 한다. 기존 공정에 적용된 촉매의 주요 역할은 라디칼 생산에만 국한되어 있는데, 이와는 대조적으로 KIST 연구진이 개발한 촉매는 단순히 라디칼을 생산하는 것 이외에 생성된 라디칼들을 촉매표면에 고정시킬 수 있다는 차별점을 지닌다. 또한, 낮은 전압만 걸어주면 촉매표면에 라디칼들을 반영구적으로 고정시킬 수 있음이 실험과학(KIST 김종식 박사) 및 계산과학(육군사관학교 정근홍 교수)으로 규명되었다. KIST 김종식 박사는 “이와 같은 라디칼에 의한 표면활성화 기작은 지금까지 보고된 바가 없는, 기존 수처리 촉매들의 한계를 넘어서는 창조적인 발견으로, 현재 실험·계산 융합연구 및 공정최적화 연구를 진행 중이며, 하/폐수 처리장으로 상용화될 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 중견핵심사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 촉매분야 최고 수준의 과학전문지인 ‘Applied Catalysis B: Environmental’ (IF:11.698, JCR 분야 상위 1.00%) 최신호에 온라인 게재되었다. * (논문명) Enhancing the Decomposition of Refractory Contaminants on SO42―Functionalized Iron Oxide to Accommodate Surface SO4？- Generated via Radical Transfer from ？OH - (제1저자 및 교신저자) KIST 물질구조제어연구센터 김종식 선임연구원 - (공저자) 육군사관학교 정근홍 부교수 <그림설명> (a) 개질된 산화철(Fe2O3/Fe3O4) 표면 도식 (b) Feδ+ 활성종에 의한 H2O2 분해 및 ？OH의 생성 (c) ？OH에 의한 표면 SO42- 기능기(Fe-SO42-)의 활성화 및 이에 기반한 (d) 표면 SO4？- 라디칼(Fe-SO4？-)로의 전환

- 낮은 전압으로 촉매 표면 활성화, 기존 2배 이상의 분해효율 나타내 - 물과 전기만으로 오염물 제거, 반영구적인 수처리 촉매 상용화 앞당겨 최근 강화되는 수질규제와 끊임없는 수질개선 요구가 잇따르고 있어 새로운 수처리 방식의 개발이 시급한 시점이다. 최근 더 깨끗한 물을 사용하기 위해서 하수나 폐수에 존재하는 염료, 항생제 등 기존 방식으로는 분해하기 어려운 오염물들을 효율적, 지속적으로 분해하는 공정 개발에 대한 필요성이 제기되고 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 물질구조제어연구센터 김종식 박사팀은 분해가 어려웠던 수용성 오염물들을 효율적이고 지속적으로 분해시킬 수 있는 촉매와 그에 필요한 공정을 개발했다고 밝혔다. 기존에 상용화된 공정은 오염물들을 수질에 무해한 물 및 이산화탄소 등으로 전환하는 강력한 분해제인 라디칼*을 이용하여 오염물을 분해한다. 하지만 지속적인 오염물 분해를 위한 촉매의 수명이 1회성이어서, 라디칼을 형성하는 라디칼 전구체**를 끊임없이 공급해야 하는 치명적인 단점들을 가진다. *라디칼(Radicals) : 물에 잘 분해되지 않는 오염물들의 산화분해에 의한 물 및 이산화탄소 생성에 적용되는 산화제 **라디칼전구체(Radical precursors): 라디칼 형성을 위한 재료 KIST 연구진이 개발한 새로운 공정은 단순한 전기화학 설비로 구성되어 있으며, 추가적인 분해제의 공급이 필요하지 않다. 또한, 낮은 전압의 전원만 걸어주면 상용공정 대비 최소 2배 이상의 오염물 분해효율을 반영구적으로 제공한다. KIST에서 개발된 공정은 단순하고 저렴한 방법에 의하여 내구성 및 수명이 극대화된 라디칼 생성용 촉매 사용을 핵심으로 한다. 기존 공정에 적용된 촉매의 주요 역할은 라디칼 생산에만 국한되어 있는데, 이와는 대조적으로 KIST 연구진이 개발한 촉매는 단순히 라디칼을 생산하는 것 이외에 생성된 라디칼들을 촉매표면에 고정시킬 수 있다는 차별점을 지닌다. 또한, 낮은 전압만 걸어주면 촉매표면에 라디칼들을 반영구적으로 고정시킬 수 있음이 실험과학(KIST 김종식 박사) 및 계산과학(육군사관학교 정근홍 교수)으로 규명되었다. KIST 김종식 박사는 “이와 같은 라디칼에 의한 표면활성화 기작은 지금까지 보고된 바가 없는, 기존 수처리 촉매들의 한계를 넘어서는 창조적인 발견으로, 현재 실험·계산 융합연구 및 공정최적화 연구를 진행 중이며, 하/폐수 처리장으로 상용화될 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 중견핵심사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 촉매분야 최고 수준의 과학전문지인 ‘Applied Catalysis B: Environmental’ (IF:11.698, JCR 분야 상위 1.00%) 최신호에 온라인 게재되었다. * (논문명) Enhancing the Decomposition of Refractory Contaminants on SO42―Functionalized Iron Oxide to Accommodate Surface SO4？- Generated via Radical Transfer from ？OH - (제1저자 및 교신저자) KIST 물질구조제어연구센터 김종식 선임연구원 - (공저자) 육군사관학교 정근홍 부교수 <그림설명> (a) 개질된 산화철(Fe2O3/Fe3O4) 표면 도식 (b) Feδ+ 활성종에 의한 H2O2 분해 및 ？OH의 생성 (c) ？OH에 의한 표면 SO42- 기능기(Fe-SO42-)의 활성화 및 이에 기반한 (d) 표면 SO4？- 라디칼(Fe-SO4？-)로의 전환

- 과학의 날 맞아 초등학생 대상 다채로운 과학연계 행사 개최 - 사이언스 스테이션, 극지연구소와 연계한 '남극 사진전' 전시 - 과학을 주제로 한 만들기 체험 및 상상그리기 대회 개최 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 제52회 과학의 날을 맞아 4월 19일(금) 지하철 6호선 상월곡역 내 사이언스 스테이션과 KIST 본원 잔디마당에서 ‘과학상상나눔페스티벌’ 행사를 개최했다. 초등학생을 대상으로 한 본 행사에서는 사이언스스테이션에서 남극사진전 및 신재생에너지와 관련된 스토리텔링 강연과 과학교구 만들기를, KIST 잔디마당에서 과학체험부스 운영 및 과학 상상그리기 대회 등의 행사를 진행하였다. 지하철 역사를 활용한 세계 최초의 지하철 과학관인 사이언스 스테이션(6호선 상월곡역)에서는 극지연구소와 연계한 남극의 환경과 생태계를 담은 ‘남극사진전’을 개최하여 아이들에게 기후변화와 대체에너지 개발의 필요성을 역설한다. 남극사진전은 6월 30일까지 지속적으로 운영될 예정이며, 사진전 방문객을 대상으로 남극사진을 활용한 엽서와 펭귄인형을 기념품으로 제공한다. KIST 원내 잔디마당에서는 참가 어린이들을 위한 과학체험부스 운영과 과학 관련 주제의 상상그리기 대회 등을 개최하여 어린이들이 과학을 흥미롭고 쉽게 이해하고, 과학적 상상력을 고취시킬 수 있는 시간이 마련되었다. KIST 과학상상나눔페스티벌 행사의 주요 행사인 ‘과학상상 그리기대회’에 참여한 초등학생들은 ‘우리가 살아갈 미래 세상’이라는 주제로 상상화를 그려 제출했다. 제출작에 대한 심사는 투표를 통해 총 15명(대상 1명, 최우수상 2명, 우수상 2명, 장려상 10명)을 선정, 수상 물품과 상장을 학교로 전달할 예정이다. KIST 이병권 원장은 “오늘 과학의 날 어린이 행사를 통해 미래의 꿈나무들이 과학을 직접 느끼고 체험하여 과학에 대해 가지고 있던 막연한 어려움이 해소되길 바란다.”라고 언급하며, “KIST는 시민과 함께하는 과학대중화에 대한 실현 및 미래 과학인재 육성에 지원을 아끼지 않겠다.”라고 밝혔다. 올해로 9회째를 맞는 이번 행사는 지난 4월 5일~15일까지 KIST 홈페이지를 통해 참가 신청을 받아 100여 명의 초등학생과 학부모가 참석했다. 이번 행사의 참가비는 무료이며, KIST는 참가 학생들로부터 옷이나 책 등을 기부 받아 ‘생명의전화 종합사회복지관’에 기증하는 사회공헌활동을 실천하고 있다.

- KIST 연구진, '기하학적 위상'과 '양자측정 반작용'의 관계 규명 - 양자컴퓨터 구현을 위한 국내 양자정보 원천기술 성숙화 단계 접어들어 양자역학의 원리를 이용한 미래 컴퓨터 기술인 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터와 달리 수많은 계산을 동시에 처리할 수 있어 슈퍼컴퓨터로 150년에 걸쳐 계산할 분량을 단 몇 분 만에 끝낼 수 있다. 전례 없는 속도로 데이터를 처리함으로써, 에너지와 보건, 금융 등의 산업분야에 큰 혁신을 가져올 수 있을 것으로 보인다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 양자정보연구단 조영욱 박사팀은 POSTECH 김윤호 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 양자 컴퓨터의 기본 단위인 큐비트*의 상태를 측정할 때, 기하학적 위상이 발생한다는 사실을 규명했다고 밝혔다. *큐비트(Qubit) : 양자컴퓨터의 기본 정보단위로 기존 컴퓨터의 디지털 비트 (bit)에 해당 양자컴퓨터는 양자역학의 기본원리에 의존하여 동작하는데, 이를 구현하기 위해서는 양자역학계가 가지는 특성에 대한 근본적인 이해와 양자정보연산의 기본 단위인 큐비트에 대한 정밀한 조작과 측정기술이 필요하다. 큐비트에 조작을 가하면 어떤 운동을 한 뒤 다시 기존의 출발했던 위치로 돌아왔을 때, 그 과정을 기억하는 현상이 발생하는데, 이를 양자 상태와 과정을 위상의 방식으로 기억하게 되는 ‘기하학적 위상’ 현상이라고 한다. 기하학적 위상은 자연계에서 보편적으로 나타나는 현상으로 재료공학, 광학, 양자정보 등 여러 분야에서 광범위하게 도입되어 활용되고 있다. 특히, 기하학적 위상의 응용범위가 양자컴퓨터 구현에 도움이 된다고 알려져 최근 관련 연구자들의 관심을 끌고 있다. 기하학적 위상은 일반적으로 양자상태가 느리게 변화하는 단열과정에서만 발생한다고 여겨졌으나, 즉각적으로 상태가 변화하는 ‘양자측정’ 과정에서도 나타날 수 있음이 예견되었다. 하지만 그 메커니즘은 아직까지 명확하지 밝혀지지 않고 있었는데, 이번 연구에서 KIST 연구진은 양자정보의 기본 단위인 큐비트의 양자측정 과정에서 발생하는 기하학적 위상의 발생 메커니즘을 실험적으로 규명하여 주목을 끌고 있다. 양자역학의 원리에 의하면 측정은 반드시 반작용을 동반하며 이를 ‘측정반작용 (Measurement back-action)’ 이라고 한다. 즉, 양자측정에 의해 양자정보의 변화가 일어나게 된다. 연구진은 양자물리계 이해를 위한 중요한 두 개념인 ‘기하학적 위상’과 ‘측정반작용’이 서로 간 밀접한 관계를 가짐을 최초로 규명하였다. 특히, 이번 연구는 큐비트 기반 양자회로**를 활용해 이루어졌으며, 국내 연구진의 큐비트 제어 및 측정기술이 한걸음 더 나아갔다는 평가를 받고 있다. **양자회로(Quantum Circuit) : 여러 큐비트들로 이루어진 양자 논리 회로. KIST 조영욱 박사는 “이번 연구결과는 큐비트 양자상태 및 프로세스 검증에 직접적으로 활용될 전망”이라고 말하여, “또한, 기하학적 위상은 큐비트의 양자적 특성을 유지하는데 도움이 되는 것으로 잘 알려져 있어 향후 양자컴퓨팅 분야 등 양자정보처리연구에 기여할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 개방형 연구사업인 Joint Research Lab 연구, 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 일환으로 수행되었다. 이번 연구결과는 물리학 분야 최고 권위지인 ‘Nature Physics’ (IF: 22.61, JCR 분야 상위 1.92%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Emergence of the geometric phase from quantum measurement back-action - (제1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 조영욱 선임연구원 - (제1저자) 포항공과대학교 김요셉 박사과정 - (교신저자) 포항공과대학교 김윤호 교수 <그림설명> <그림 1> 기하학적 위상을 설명하기 위한 도식. 양자상태를 나타내는 큐비트는 블로흐 스피어 (Bloch sphere) 라 불리는 구의 한 점으로 표현할 수 있다. 큐비트가 초기상태에서 변화과정을 통해 다시 되돌아 왔을 때 변화과정의 기하하적 궤적 (블로흐 스피어 상의 면 적분)에 해당하는 양만큼의 위상을 얻게 되며 이를 기하학적 위상이라고 한다. <그림 2> 양자측정을 통해 발생하는 기하학적 위상을 측정하기 위한 양자회로도. 총 4개의 큐비트이 활용되었다.

- KIST 연구진, '기하학적 위상'과 '양자측정 반작용'의 관계 규명 - 양자컴퓨터 구현을 위한 국내 양자정보 원천기술 성숙화 단계 접어들어 양자역학의 원리를 이용한 미래 컴퓨터 기술인 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터와 달리 수많은 계산을 동시에 처리할 수 있어 슈퍼컴퓨터로 150년에 걸쳐 계산할 분량을 단 몇 분 만에 끝낼 수 있다. 전례 없는 속도로 데이터를 처리함으로써, 에너지와 보건, 금융 등의 산업분야에 큰 혁신을 가져올 수 있을 것으로 보인다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 양자정보연구단 조영욱 박사팀은 POSTECH 김윤호 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 양자 컴퓨터의 기본 단위인 큐비트*의 상태를 측정할 때, 기하학적 위상이 발생한다는 사실을 규명했다고 밝혔다. *큐비트(Qubit) : 양자컴퓨터의 기본 정보단위로 기존 컴퓨터의 디지털 비트 (bit)에 해당 양자컴퓨터는 양자역학의 기본원리에 의존하여 동작하는데, 이를 구현하기 위해서는 양자역학계가 가지는 특성에 대한 근본적인 이해와 양자정보연산의 기본 단위인 큐비트에 대한 정밀한 조작과 측정기술이 필요하다. 큐비트에 조작을 가하면 어떤 운동을 한 뒤 다시 기존의 출발했던 위치로 돌아왔을 때, 그 과정을 기억하는 현상이 발생하는데, 이를 양자 상태와 과정을 위상의 방식으로 기억하게 되는 ‘기하학적 위상’ 현상이라고 한다. 기하학적 위상은 자연계에서 보편적으로 나타나는 현상으로 재료공학, 광학, 양자정보 등 여러 분야에서 광범위하게 도입되어 활용되고 있다. 특히, 기하학적 위상의 응용범위가 양자컴퓨터 구현에 도움이 된다고 알려져 최근 관련 연구자들의 관심을 끌고 있다. 기하학적 위상은 일반적으로 양자상태가 느리게 변화하는 단열과정에서만 발생한다고 여겨졌으나, 즉각적으로 상태가 변화하는 ‘양자측정’ 과정에서도 나타날 수 있음이 예견되었다. 하지만 그 메커니즘은 아직까지 명확하지 밝혀지지 않고 있었는데, 이번 연구에서 KIST 연구진은 양자정보의 기본 단위인 큐비트의 양자측정 과정에서 발생하는 기하학적 위상의 발생 메커니즘을 실험적으로 규명하여 주목을 끌고 있다. 양자역학의 원리에 의하면 측정은 반드시 반작용을 동반하며 이를 ‘측정반작용 (Measurement back-action)’ 이라고 한다. 즉, 양자측정에 의해 양자정보의 변화가 일어나게 된다. 연구진은 양자물리계 이해를 위한 중요한 두 개념인 ‘기하학적 위상’과 ‘측정반작용’이 서로 간 밀접한 관계를 가짐을 최초로 규명하였다. 특히, 이번 연구는 큐비트 기반 양자회로**를 활용해 이루어졌으며, 국내 연구진의 큐비트 제어 및 측정기술이 한걸음 더 나아갔다는 평가를 받고 있다. **양자회로(Quantum Circuit) : 여러 큐비트들로 이루어진 양자 논리 회로. KIST 조영욱 박사는 “이번 연구결과는 큐비트 양자상태 및 프로세스 검증에 직접적으로 활용될 전망”이라고 말하여, “또한, 기하학적 위상은 큐비트의 양자적 특성을 유지하는데 도움이 되는 것으로 잘 알려져 있어 향후 양자컴퓨팅 분야 등 양자정보처리연구에 기여할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 개방형 연구사업인 Joint Research Lab 연구, 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 일환으로 수행되었다. 이번 연구결과는 물리학 분야 최고 권위지인 ‘Nature Physics’ (IF: 22.61, JCR 분야 상위 1.92%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Emergence of the geometric phase from quantum measurement back-action - (제1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 조영욱 선임연구원 - (제1저자) 포항공과대학교 김요셉 박사과정 - (교신저자) 포항공과대학교 김윤호 교수 <그림설명> <그림 1> 기하학적 위상을 설명하기 위한 도식. 양자상태를 나타내는 큐비트는 블로흐 스피어 (Bloch sphere) 라 불리는 구의 한 점으로 표현할 수 있다. 큐비트가 초기상태에서 변화과정을 통해 다시 되돌아 왔을 때 변화과정의 기하하적 궤적 (블로흐 스피어 상의 면 적분)에 해당하는 양만큼의 위상을 얻게 되며 이를 기하학적 위상이라고 한다. <그림 2> 양자측정을 통해 발생하는 기하학적 위상을 측정하기 위한 양자회로도. 총 4개의 큐비트이 활용되었다.

- KIST 연구진, '기하학적 위상'과 '양자측정 반작용'의 관계 규명 - 양자컴퓨터 구현을 위한 국내 양자정보 원천기술 성숙화 단계 접어들어 양자역학의 원리를 이용한 미래 컴퓨터 기술인 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터와 달리 수많은 계산을 동시에 처리할 수 있어 슈퍼컴퓨터로 150년에 걸쳐 계산할 분량을 단 몇 분 만에 끝낼 수 있다. 전례 없는 속도로 데이터를 처리함으로써, 에너지와 보건, 금융 등의 산업분야에 큰 혁신을 가져올 수 있을 것으로 보인다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 양자정보연구단 조영욱 박사팀은 POSTECH 김윤호 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 양자 컴퓨터의 기본 단위인 큐비트*의 상태를 측정할 때, 기하학적 위상이 발생한다는 사실을 규명했다고 밝혔다. *큐비트(Qubit) : 양자컴퓨터의 기본 정보단위로 기존 컴퓨터의 디지털 비트 (bit)에 해당 양자컴퓨터는 양자역학의 기본원리에 의존하여 동작하는데, 이를 구현하기 위해서는 양자역학계가 가지는 특성에 대한 근본적인 이해와 양자정보연산의 기본 단위인 큐비트에 대한 정밀한 조작과 측정기술이 필요하다. 큐비트에 조작을 가하면 어떤 운동을 한 뒤 다시 기존의 출발했던 위치로 돌아왔을 때, 그 과정을 기억하는 현상이 발생하는데, 이를 양자 상태와 과정을 위상의 방식으로 기억하게 되는 ‘기하학적 위상’ 현상이라고 한다. 기하학적 위상은 자연계에서 보편적으로 나타나는 현상으로 재료공학, 광학, 양자정보 등 여러 분야에서 광범위하게 도입되어 활용되고 있다. 특히, 기하학적 위상의 응용범위가 양자컴퓨터 구현에 도움이 된다고 알려져 최근 관련 연구자들의 관심을 끌고 있다. 기하학적 위상은 일반적으로 양자상태가 느리게 변화하는 단열과정에서만 발생한다고 여겨졌으나, 즉각적으로 상태가 변화하는 ‘양자측정’ 과정에서도 나타날 수 있음이 예견되었다. 하지만 그 메커니즘은 아직까지 명확하지 밝혀지지 않고 있었는데, 이번 연구에서 KIST 연구진은 양자정보의 기본 단위인 큐비트의 양자측정 과정에서 발생하는 기하학적 위상의 발생 메커니즘을 실험적으로 규명하여 주목을 끌고 있다. 양자역학의 원리에 의하면 측정은 반드시 반작용을 동반하며 이를 ‘측정반작용 (Measurement back-action)’ 이라고 한다. 즉, 양자측정에 의해 양자정보의 변화가 일어나게 된다. 연구진은 양자물리계 이해를 위한 중요한 두 개념인 ‘기하학적 위상’과 ‘측정반작용’이 서로 간 밀접한 관계를 가짐을 최초로 규명하였다. 특히, 이번 연구는 큐비트 기반 양자회로**를 활용해 이루어졌으며, 국내 연구진의 큐비트 제어 및 측정기술이 한걸음 더 나아갔다는 평가를 받고 있다. **양자회로(Quantum Circuit) : 여러 큐비트들로 이루어진 양자 논리 회로. KIST 조영욱 박사는 “이번 연구결과는 큐비트 양자상태 및 프로세스 검증에 직접적으로 활용될 전망”이라고 말하여, “또한, 기하학적 위상은 큐비트의 양자적 특성을 유지하는데 도움이 되는 것으로 잘 알려져 있어 향후 양자컴퓨팅 분야 등 양자정보처리연구에 기여할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 개방형 연구사업인 Joint Research Lab 연구, 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 일환으로 수행되었다. 이번 연구결과는 물리학 분야 최고 권위지인 ‘Nature Physics’ (IF: 22.61, JCR 분야 상위 1.92%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Emergence of the geometric phase from quantum measurement back-action - (제1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 조영욱 선임연구원 - (제1저자) 포항공과대학교 김요셉 박사과정 - (교신저자) 포항공과대학교 김윤호 교수 <그림설명> <그림 1> 기하학적 위상을 설명하기 위한 도식. 양자상태를 나타내는 큐비트는 블로흐 스피어 (Bloch sphere) 라 불리는 구의 한 점으로 표현할 수 있다. 큐비트가 초기상태에서 변화과정을 통해 다시 되돌아 왔을 때 변화과정의 기하하적 궤적 (블로흐 스피어 상의 면 적분)에 해당하는 양만큼의 위상을 얻게 되며 이를 기하학적 위상이라고 한다. <그림 2> 양자측정을 통해 발생하는 기하학적 위상을 측정하기 위한 양자회로도. 총 4개의 큐비트이 활용되었다.

- KIST 연구진, '기하학적 위상'과 '양자측정 반작용'의 관계 규명 - 양자컴퓨터 구현을 위한 국내 양자정보 원천기술 성숙화 단계 접어들어 양자역학의 원리를 이용한 미래 컴퓨터 기술인 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터와 달리 수많은 계산을 동시에 처리할 수 있어 슈퍼컴퓨터로 150년에 걸쳐 계산할 분량을 단 몇 분 만에 끝낼 수 있다. 전례 없는 속도로 데이터를 처리함으로써, 에너지와 보건, 금융 등의 산업분야에 큰 혁신을 가져올 수 있을 것으로 보인다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 양자정보연구단 조영욱 박사팀은 POSTECH 김윤호 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 양자 컴퓨터의 기본 단위인 큐비트*의 상태를 측정할 때, 기하학적 위상이 발생한다는 사실을 규명했다고 밝혔다. *큐비트(Qubit) : 양자컴퓨터의 기본 정보단위로 기존 컴퓨터의 디지털 비트 (bit)에 해당 양자컴퓨터는 양자역학의 기본원리에 의존하여 동작하는데, 이를 구현하기 위해서는 양자역학계가 가지는 특성에 대한 근본적인 이해와 양자정보연산의 기본 단위인 큐비트에 대한 정밀한 조작과 측정기술이 필요하다. 큐비트에 조작을 가하면 어떤 운동을 한 뒤 다시 기존의 출발했던 위치로 돌아왔을 때, 그 과정을 기억하는 현상이 발생하는데, 이를 양자 상태와 과정을 위상의 방식으로 기억하게 되는 ‘기하학적 위상’ 현상이라고 한다. 기하학적 위상은 자연계에서 보편적으로 나타나는 현상으로 재료공학, 광학, 양자정보 등 여러 분야에서 광범위하게 도입되어 활용되고 있다. 특히, 기하학적 위상의 응용범위가 양자컴퓨터 구현에 도움이 된다고 알려져 최근 관련 연구자들의 관심을 끌고 있다. 기하학적 위상은 일반적으로 양자상태가 느리게 변화하는 단열과정에서만 발생한다고 여겨졌으나, 즉각적으로 상태가 변화하는 ‘양자측정’ 과정에서도 나타날 수 있음이 예견되었다. 하지만 그 메커니즘은 아직까지 명확하지 밝혀지지 않고 있었는데, 이번 연구에서 KIST 연구진은 양자정보의 기본 단위인 큐비트의 양자측정 과정에서 발생하는 기하학적 위상의 발생 메커니즘을 실험적으로 규명하여 주목을 끌고 있다. 양자역학의 원리에 의하면 측정은 반드시 반작용을 동반하며 이를 ‘측정반작용 (Measurement back-action)’ 이라고 한다. 즉, 양자측정에 의해 양자정보의 변화가 일어나게 된다. 연구진은 양자물리계 이해를 위한 중요한 두 개념인 ‘기하학적 위상’과 ‘측정반작용’이 서로 간 밀접한 관계를 가짐을 최초로 규명하였다. 특히, 이번 연구는 큐비트 기반 양자회로**를 활용해 이루어졌으며, 국내 연구진의 큐비트 제어 및 측정기술이 한걸음 더 나아갔다는 평가를 받고 있다. **양자회로(Quantum Circuit) : 여러 큐비트들로 이루어진 양자 논리 회로. KIST 조영욱 박사는 “이번 연구결과는 큐비트 양자상태 및 프로세스 검증에 직접적으로 활용될 전망”이라고 말하여, “또한, 기하학적 위상은 큐비트의 양자적 특성을 유지하는데 도움이 되는 것으로 잘 알려져 있어 향후 양자컴퓨팅 분야 등 양자정보처리연구에 기여할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 개방형 연구사업인 Joint Research Lab 연구, 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 일환으로 수행되었다. 이번 연구결과는 물리학 분야 최고 권위지인 ‘Nature Physics’ (IF: 22.61, JCR 분야 상위 1.92%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Emergence of the geometric phase from quantum measurement back-action - (제1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 조영욱 선임연구원 - (제1저자) 포항공과대학교 김요셉 박사과정 - (교신저자) 포항공과대학교 김윤호 교수 <그림설명> <그림 1> 기하학적 위상을 설명하기 위한 도식. 양자상태를 나타내는 큐비트는 블로흐 스피어 (Bloch sphere) 라 불리는 구의 한 점으로 표현할 수 있다. 큐비트가 초기상태에서 변화과정을 통해 다시 되돌아 왔을 때 변화과정의 기하하적 궤적 (블로흐 스피어 상의 면 적분)에 해당하는 양만큼의 위상을 얻게 되며 이를 기하학적 위상이라고 한다. <그림 2> 양자측정을 통해 발생하는 기하학적 위상을 측정하기 위한 양자회로도. 총 4개의 큐비트이 활용되었다.

- KIST 연구진, '기하학적 위상'과 '양자측정 반작용'의 관계 규명 - 양자컴퓨터 구현을 위한 국내 양자정보 원천기술 성숙화 단계 접어들어 양자역학의 원리를 이용한 미래 컴퓨터 기술인 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터와 달리 수많은 계산을 동시에 처리할 수 있어 슈퍼컴퓨터로 150년에 걸쳐 계산할 분량을 단 몇 분 만에 끝낼 수 있다. 전례 없는 속도로 데이터를 처리함으로써, 에너지와 보건, 금융 등의 산업분야에 큰 혁신을 가져올 수 있을 것으로 보인다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 양자정보연구단 조영욱 박사팀은 POSTECH 김윤호 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 양자 컴퓨터의 기본 단위인 큐비트*의 상태를 측정할 때, 기하학적 위상이 발생한다는 사실을 규명했다고 밝혔다. *큐비트(Qubit) : 양자컴퓨터의 기본 정보단위로 기존 컴퓨터의 디지털 비트 (bit)에 해당 양자컴퓨터는 양자역학의 기본원리에 의존하여 동작하는데, 이를 구현하기 위해서는 양자역학계가 가지는 특성에 대한 근본적인 이해와 양자정보연산의 기본 단위인 큐비트에 대한 정밀한 조작과 측정기술이 필요하다. 큐비트에 조작을 가하면 어떤 운동을 한 뒤 다시 기존의 출발했던 위치로 돌아왔을 때, 그 과정을 기억하는 현상이 발생하는데, 이를 양자 상태와 과정을 위상의 방식으로 기억하게 되는 ‘기하학적 위상’ 현상이라고 한다. 기하학적 위상은 자연계에서 보편적으로 나타나는 현상으로 재료공학, 광학, 양자정보 등 여러 분야에서 광범위하게 도입되어 활용되고 있다. 특히, 기하학적 위상의 응용범위가 양자컴퓨터 구현에 도움이 된다고 알려져 최근 관련 연구자들의 관심을 끌고 있다. 기하학적 위상은 일반적으로 양자상태가 느리게 변화하는 단열과정에서만 발생한다고 여겨졌으나, 즉각적으로 상태가 변화하는 ‘양자측정’ 과정에서도 나타날 수 있음이 예견되었다. 하지만 그 메커니즘은 아직까지 명확하지 밝혀지지 않고 있었는데, 이번 연구에서 KIST 연구진은 양자정보의 기본 단위인 큐비트의 양자측정 과정에서 발생하는 기하학적 위상의 발생 메커니즘을 실험적으로 규명하여 주목을 끌고 있다. 양자역학의 원리에 의하면 측정은 반드시 반작용을 동반하며 이를 ‘측정반작용 (Measurement back-action)’ 이라고 한다. 즉, 양자측정에 의해 양자정보의 변화가 일어나게 된다. 연구진은 양자물리계 이해를 위한 중요한 두 개념인 ‘기하학적 위상’과 ‘측정반작용’이 서로 간 밀접한 관계를 가짐을 최초로 규명하였다. 특히, 이번 연구는 큐비트 기반 양자회로**를 활용해 이루어졌으며, 국내 연구진의 큐비트 제어 및 측정기술이 한걸음 더 나아갔다는 평가를 받고 있다. **양자회로(Quantum Circuit) : 여러 큐비트들로 이루어진 양자 논리 회로. KIST 조영욱 박사는 “이번 연구결과는 큐비트 양자상태 및 프로세스 검증에 직접적으로 활용될 전망”이라고 말하여, “또한, 기하학적 위상은 큐비트의 양자적 특성을 유지하는데 도움이 되는 것으로 잘 알려져 있어 향후 양자컴퓨팅 분야 등 양자정보처리연구에 기여할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 개방형 연구사업인 Joint Research Lab 연구, 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 일환으로 수행되었다. 이번 연구결과는 물리학 분야 최고 권위지인 ‘Nature Physics’ (IF: 22.61, JCR 분야 상위 1.92%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Emergence of the geometric phase from quantum measurement back-action - (제1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 조영욱 선임연구원 - (제1저자) 포항공과대학교 김요셉 박사과정 - (교신저자) 포항공과대학교 김윤호 교수 <그림설명> <그림 1> 기하학적 위상을 설명하기 위한 도식. 양자상태를 나타내는 큐비트는 블로흐 스피어 (Bloch sphere) 라 불리는 구의 한 점으로 표현할 수 있다. 큐비트가 초기상태에서 변화과정을 통해 다시 되돌아 왔을 때 변화과정의 기하하적 궤적 (블로흐 스피어 상의 면 적분)에 해당하는 양만큼의 위상을 얻게 되며 이를 기하학적 위상이라고 한다. <그림 2> 양자측정을 통해 발생하는 기하학적 위상을 측정하기 위한 양자회로도. 총 4개의 큐비트이 활용되었다.

- KIST 연구진, '기하학적 위상'과 '양자측정 반작용'의 관계 규명 - 양자컴퓨터 구현을 위한 국내 양자정보 원천기술 성숙화 단계 접어들어 양자역학의 원리를 이용한 미래 컴퓨터 기술인 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터와 달리 수많은 계산을 동시에 처리할 수 있어 슈퍼컴퓨터로 150년에 걸쳐 계산할 분량을 단 몇 분 만에 끝낼 수 있다. 전례 없는 속도로 데이터를 처리함으로써, 에너지와 보건, 금융 등의 산업분야에 큰 혁신을 가져올 수 있을 것으로 보인다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 양자정보연구단 조영욱 박사팀은 POSTECH 김윤호 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 양자 컴퓨터의 기본 단위인 큐비트*의 상태를 측정할 때, 기하학적 위상이 발생한다는 사실을 규명했다고 밝혔다. *큐비트(Qubit) : 양자컴퓨터의 기본 정보단위로 기존 컴퓨터의 디지털 비트 (bit)에 해당 양자컴퓨터는 양자역학의 기본원리에 의존하여 동작하는데, 이를 구현하기 위해서는 양자역학계가 가지는 특성에 대한 근본적인 이해와 양자정보연산의 기본 단위인 큐비트에 대한 정밀한 조작과 측정기술이 필요하다. 큐비트에 조작을 가하면 어떤 운동을 한 뒤 다시 기존의 출발했던 위치로 돌아왔을 때, 그 과정을 기억하는 현상이 발생하는데, 이를 양자 상태와 과정을 위상의 방식으로 기억하게 되는 ‘기하학적 위상’ 현상이라고 한다. 기하학적 위상은 자연계에서 보편적으로 나타나는 현상으로 재료공학, 광학, 양자정보 등 여러 분야에서 광범위하게 도입되어 활용되고 있다. 특히, 기하학적 위상의 응용범위가 양자컴퓨터 구현에 도움이 된다고 알려져 최근 관련 연구자들의 관심을 끌고 있다. 기하학적 위상은 일반적으로 양자상태가 느리게 변화하는 단열과정에서만 발생한다고 여겨졌으나, 즉각적으로 상태가 변화하는 ‘양자측정’ 과정에서도 나타날 수 있음이 예견되었다. 하지만 그 메커니즘은 아직까지 명확하지 밝혀지지 않고 있었는데, 이번 연구에서 KIST 연구진은 양자정보의 기본 단위인 큐비트의 양자측정 과정에서 발생하는 기하학적 위상의 발생 메커니즘을 실험적으로 규명하여 주목을 끌고 있다. 양자역학의 원리에 의하면 측정은 반드시 반작용을 동반하며 이를 ‘측정반작용 (Measurement back-action)’ 이라고 한다. 즉, 양자측정에 의해 양자정보의 변화가 일어나게 된다. 연구진은 양자물리계 이해를 위한 중요한 두 개념인 ‘기하학적 위상’과 ‘측정반작용’이 서로 간 밀접한 관계를 가짐을 최초로 규명하였다. 특히, 이번 연구는 큐비트 기반 양자회로**를 활용해 이루어졌으며, 국내 연구진의 큐비트 제어 및 측정기술이 한걸음 더 나아갔다는 평가를 받고 있다. **양자회로(Quantum Circuit) : 여러 큐비트들로 이루어진 양자 논리 회로. KIST 조영욱 박사는 “이번 연구결과는 큐비트 양자상태 및 프로세스 검증에 직접적으로 활용될 전망”이라고 말하여, “또한, 기하학적 위상은 큐비트의 양자적 특성을 유지하는데 도움이 되는 것으로 잘 알려져 있어 향후 양자컴퓨팅 분야 등 양자정보처리연구에 기여할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 개방형 연구사업인 Joint Research Lab 연구, 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 일환으로 수행되었다. 이번 연구결과는 물리학 분야 최고 권위지인 ‘Nature Physics’ (IF: 22.61, JCR 분야 상위 1.92%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Emergence of the geometric phase from quantum measurement back-action - (제1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 조영욱 선임연구원 - (제1저자) 포항공과대학교 김요셉 박사과정 - (교신저자) 포항공과대학교 김윤호 교수 <그림설명> <그림 1> 기하학적 위상을 설명하기 위한 도식. 양자상태를 나타내는 큐비트는 블로흐 스피어 (Bloch sphere) 라 불리는 구의 한 점으로 표현할 수 있다. 큐비트가 초기상태에서 변화과정을 통해 다시 되돌아 왔을 때 변화과정의 기하하적 궤적 (블로흐 스피어 상의 면 적분)에 해당하는 양만큼의 위상을 얻게 되며 이를 기하학적 위상이라고 한다. <그림 2> 양자측정을 통해 발생하는 기하학적 위상을 측정하기 위한 양자회로도. 총 4개의 큐비트이 활용되었다.

- KIST 연구진, '기하학적 위상'과 '양자측정 반작용'의 관계 규명 - 양자컴퓨터 구현을 위한 국내 양자정보 원천기술 성숙화 단계 접어들어 양자역학의 원리를 이용한 미래 컴퓨터 기술인 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터와 달리 수많은 계산을 동시에 처리할 수 있어 슈퍼컴퓨터로 150년에 걸쳐 계산할 분량을 단 몇 분 만에 끝낼 수 있다. 전례 없는 속도로 데이터를 처리함으로써, 에너지와 보건, 금융 등의 산업분야에 큰 혁신을 가져올 수 있을 것으로 보인다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 양자정보연구단 조영욱 박사팀은 POSTECH 김윤호 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 양자 컴퓨터의 기본 단위인 큐비트*의 상태를 측정할 때, 기하학적 위상이 발생한다는 사실을 규명했다고 밝혔다. *큐비트(Qubit) : 양자컴퓨터의 기본 정보단위로 기존 컴퓨터의 디지털 비트 (bit)에 해당 양자컴퓨터는 양자역학의 기본원리에 의존하여 동작하는데, 이를 구현하기 위해서는 양자역학계가 가지는 특성에 대한 근본적인 이해와 양자정보연산의 기본 단위인 큐비트에 대한 정밀한 조작과 측정기술이 필요하다. 큐비트에 조작을 가하면 어떤 운동을 한 뒤 다시 기존의 출발했던 위치로 돌아왔을 때, 그 과정을 기억하는 현상이 발생하는데, 이를 양자 상태와 과정을 위상의 방식으로 기억하게 되는 ‘기하학적 위상’ 현상이라고 한다. 기하학적 위상은 자연계에서 보편적으로 나타나는 현상으로 재료공학, 광학, 양자정보 등 여러 분야에서 광범위하게 도입되어 활용되고 있다. 특히, 기하학적 위상의 응용범위가 양자컴퓨터 구현에 도움이 된다고 알려져 최근 관련 연구자들의 관심을 끌고 있다. 기하학적 위상은 일반적으로 양자상태가 느리게 변화하는 단열과정에서만 발생한다고 여겨졌으나, 즉각적으로 상태가 변화하는 ‘양자측정’ 과정에서도 나타날 수 있음이 예견되었다. 하지만 그 메커니즘은 아직까지 명확하지 밝혀지지 않고 있었는데, 이번 연구에서 KIST 연구진은 양자정보의 기본 단위인 큐비트의 양자측정 과정에서 발생하는 기하학적 위상의 발생 메커니즘을 실험적으로 규명하여 주목을 끌고 있다. 양자역학의 원리에 의하면 측정은 반드시 반작용을 동반하며 이를 ‘측정반작용 (Measurement back-action)’ 이라고 한다. 즉, 양자측정에 의해 양자정보의 변화가 일어나게 된다. 연구진은 양자물리계 이해를 위한 중요한 두 개념인 ‘기하학적 위상’과 ‘측정반작용’이 서로 간 밀접한 관계를 가짐을 최초로 규명하였다. 특히, 이번 연구는 큐비트 기반 양자회로**를 활용해 이루어졌으며, 국내 연구진의 큐비트 제어 및 측정기술이 한걸음 더 나아갔다는 평가를 받고 있다. **양자회로(Quantum Circuit) : 여러 큐비트들로 이루어진 양자 논리 회로. KIST 조영욱 박사는 “이번 연구결과는 큐비트 양자상태 및 프로세스 검증에 직접적으로 활용될 전망”이라고 말하여, “또한, 기하학적 위상은 큐비트의 양자적 특성을 유지하는데 도움이 되는 것으로 잘 알려져 있어 향후 양자컴퓨팅 분야 등 양자정보처리연구에 기여할 것”이라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 개방형 연구사업인 Joint Research Lab 연구, 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 일환으로 수행되었다. 이번 연구결과는 물리학 분야 최고 권위지인 ‘Nature Physics’ (IF: 22.61, JCR 분야 상위 1.92%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Emergence of the geometric phase from quantum measurement back-action - (제1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 조영욱 선임연구원 - (제1저자) 포항공과대학교 김요셉 박사과정 - (교신저자) 포항공과대학교 김윤호 교수 <그림설명> <그림 1> 기하학적 위상을 설명하기 위한 도식. 양자상태를 나타내는 큐비트는 블로흐 스피어 (Bloch sphere) 라 불리는 구의 한 점으로 표현할 수 있다. 큐비트가 초기상태에서 변화과정을 통해 다시 되돌아 왔을 때 변화과정의 기하하적 궤적 (블로흐 스피어 상의 면 적분)에 해당하는 양만큼의 위상을 얻게 되며 이를 기하학적 위상이라고 한다. <그림 2> 양자측정을 통해 발생하는 기하학적 위상을 측정하기 위한 양자회로도. 총 4개의 큐비트이 활용되었다.