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[IT뉴스]“원자 단위 에너지까지 계산” 국제 연구진, 차세대 양자소자 비용 기준 제시

온카뱅크관리자

2026-09-22 10:07:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">UNIST 이석형 교수 국제공동팀, ‘정보론적 평형’ 기준 도입<br>단순 열 교환과 외부 비평형 자원 소모 과정 명확히 구분<br>양자컴퓨터·나노소자 에너지 비용·열기관 성능 분석 기초 확립</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="9Cf3re4qlW">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="a52ac3453f804b22619f1a3d726739bf40aba925b351a60ce940cbd4efb9c6d6" dmcf-pid="2h40md8Bly" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="양자열역학에서 열적 작용, 깁스 보존 사상, 촉매 과정 등 다양한 양자 과정의 포함 관계를 나타낸 개념도. 연구그림=UNIST" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/22/seouleconomy/20260922095752346qvuy.png" data-org-width="1200" dmcf-mid="KV7YafztWY" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/22/seouleconomy/20260922095752346qvuy.png" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            양자열역학에서 열적 작용, 깁스 보존 사상, 촉매 과정 등 다양한 양자 과정의 포함 관계를 나타낸 개념도. 연구그림=UNIST
           </figcaption>
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          <p contents-hash="559668ea5282b6de9e750df4c8f59b2e69719f6e841e4120806537afef8a169a" dmcf-pid="Vk7YafztvT" dmcf-ptype="general">미시적인 양자 세계에서 단순한 열 교환만으로 일어나는 변화와 외부의 숨은 에너지 자원이 추가로 필요한 과정을 명확히 가려내는 이론적 기준이 확립됐다. 양자컴퓨터와 나노소자 등 차세대 양자 기술의 에너지 비용과 효율 한계를 계산하는 핵심 기초 이론으로 활용될 전망이다.</p>
          <p contents-hash="c5763815d107f97abcd70f6e721ea85e95d62b9dd7f9b359eeb8a2f8ebdfb5df" dmcf-pid="fEzGN4qFCv" dmcf-ptype="general">울산과학기술원(UNIST) 물리학과 이석형 교수는 싱가포르 난양공과대학교, 독일 베를린 자유대학교 및 하노버 라이프니츠대학교 등 국제 공동연구진과 함께 ‘정보론적 평형(informational equilibrium)’ 개념을 기반으로 순수 ‘열적 작용’과 일반 ‘양자 열과정’을 구분하는 수학적 기준을 제시했다고 22일 밝혔다. 연구 성과는 물리학 분야 최고 권위 학술지인 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)’에 게재됐다.</p>
          <p contents-hash="3992e04e80215026051460529fc68d51565c9005dafd728a0975c0e246084fc4" dmcf-pid="4DqHj8B3hS" dmcf-ptype="general">온도와 압력 등 평균 통계값으로 기술되는 거시 열역학 체계와 달리, 미세한 양자계에서는 원자나 큐비트 단위의 개별 에너지 상태 변화를 정밀하게 분석해야 한다. 기존 양자 열역학에서는 열평형 상태를 유지시키는 ‘깁스 보존 사상’이 폭넓게 쓰였으나, 실제 구현 과정에서 주변 환경의 숨은 비평형 자원을 쓰는지 여부를 명확히 가려내지 못하는 한계가 있었다.</p>
          <p contents-hash="e17ae690898e74216d07751cc136fa1dc1a069d6845ac21007c95f416e29cfae" dmcf-pid="8wBXA6b0vl" dmcf-ptype="general">연구팀은 독립된 두 양자계가 정보를 보존하는 상호작용을 거친 뒤에도 각자의 고유 상태를 유지한다는 ‘정보론적 평형’ 조건을 출발점으로 삼아 이 난제를 풀었다. 수학적 증명 결과, 양자계가 열평형일 때 주변 환경의 평형 상태까지 동시에 보존할 수 있는 과정만이 순수한 ‘열적 작용’에 부합한다는 사실을 입증했다. 반면 겉으로 양자계 상태가 유지되는 깁스 보존 사상이라 하더라도 열적 작용에 속하지 않는 과정은 필연적으로 환경을 변화시키며 별도의 비평형 자원을 소모해야 한다는 점을 규명했다.</p>
          <p contents-hash="223965c46610813405269a0381c90b49f0e34f599b80ab599ec25472b68bfe41" dmcf-pid="6rbZcPKphh" dmcf-ptype="general">연구팀은 이 원리를 확장해 양자계 상태 변화를 돕고 자신은 원래대로 복귀하는 ‘양자 촉매’의 물리적 한계도 함께 증명했다. 초기 상태의 미세한 오차에 영향을 받지 않는 오류 내성 촉매를 쓸 경우, 촉매를 아무리 투입해도 순수 열적 작용의 범위를 넓힐 수 없다는 사실을 수학적으로 확인했다.</p>
          <p contents-hash="4da29d4483b3963779568ca8b6d671a5d72843b0775d14e3e1de29e75df81c84" dmcf-pid="PmK5kQ9UvC" dmcf-ptype="general">이석형 교수는 “이번 연구는 온도나 각 양자 상태의 에너지를 미리 정하지 않고, 양자계와 주변 환경의 상태가 유지된다는 정보론적 조건에서 열적 작용의 원리를 이끌어냈다는 점에서 의미 있는 연구”라고 설명했다.</p>
          <p contents-hash="8b96229bbf9952231200f4c482c05119f6ced171ede664686c88e3ada118cb7d" dmcf-pid="Qs91Ex2uTI" dmcf-ptype="general">또한 이 교수는 “양자컴퓨터와 나노소자, 양자 열기관 등의 작동에 필요한 자원과 비용을 평가하려면, 주변 환경과 열을 주고받는 것만으로 가능한 양자 과정과 추가 자원이 필요한 양자 과정을 구분해야 한다”며 “이번 연구는 그 구분의 기준을 제시함으로써, 양자정보처리 장치의 에너지 비용과 양자 열기관의 성능 한계를 분석하는 기초 이론으로 활용될 수 있을 것”이라고 덧붙였다.</p>
          <p contents-hash="d7cb536d7fd5b231f45ef3f87b165492d808ad59ffd67620f2ad2f0ad99dd507" dmcf-pid="xO2tDMV7vO" dmcf-ptype="general">이번 연구에는 싱가포르 난양공대 넬리 응(Nelly Ng) 교수, 독일 베를린 자유대 손정락 연구원, 하노버 라이프니츠대 헨리크 빌밍(Henrik Wilming) 교수, 독립 연구자 파울 보에스(Paul Boes)가 공동 참여했다. 연구 수행은 과학기술정보통신부 정보통신기획평가원(IITP)과 한국연구재단의 지원을 받아 이뤄졌다.</p>
          <p contents-hash="0f04b8e5b0e8db89803666d79b31723132dfc7b979795cbacf3aad68aed9a13f" dmcf-pid="y2OoqWIkhs" dmcf-ptype="general">울산=장지승 기자 jjs@sedaily.com</p>
         </section> 
        </div> 
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