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백악관 산하 국가양자조정실은 양자정보과학 연구의 8대 우선 과제를 제시하는 양자 프론티어 보고서를 발표(’20.10.)* Quantum Frontiers Report on Community Input to the Nation’s Strategy for Quantum Information Science. 국가양자조정실(NQCO)은 양자정보과학 부문에서 R&D를 통해 달성할 기술 혁신 분야를 설정하기 위해 8대 양자 프론티어 우선 과제를 선정 * 미국은 양자정보과학(QIS)을 국가의 경제성장과 안보에 핵심으로 인식하고, 양자정보과학 관련 정책을 조율할 양자조정실을 설립

** 트럼프 대통령은 국가양자이니셔티브를 통해 양자정보과학에 R&D투자를 확대하고, 양자조정실을 설립하는 내용의 국가양자이니셔티브에 서명



(1) 양자 기술이 사회에 제공하는 혜택 확대

- 기존의 기법과 비교해 양자 기술을 통해 얻을 수 있는 기술적 개선이나 새로운 문제 해결 능력 등 양자 기술이 가진 기본적인 역량 제시
- 실생활에서의 문제점을 해결할 수 있는 기술적 솔루션을 제공할 수 있도록 양자정보과학 연구자와 다른 분야의 전문가, 최종 사용자 간의 협력 증진


(2) 양자 공학의 규율 마련

- 양자정보과학의 하드웨어 부문과 소프트웨어, 지원 기술 특성화？최적화
- 양자 시스템을 구축, 활용하고 다양한 수준에서 추상화하며 시험할 수 있도록 기본적인 원칙을 설정
- 시스템 설계 과정에서 안정적이고, 독립적인 양자 하드웨어와 통제 시스템을 조합하는 모듈러 접근법을 활용


(3) 양자 기술을 위한 소재 과학의 맞춤 개발

- 양자정보과학과 소재 과학, 화학, 응집 물질 물리학 간의 소통과 협력을 통해 양자 기기에 필요한 소재의 품질과 복구성 개선
- 인공지능 기반의 소재 과학, 화학 시뮬레이션, 3D 원자 수준 이미징, 원자 현미경 등의 최신 측정 및 모델링 기술을 활용해 소재를 설계, 제조, 특성화하는 새로운 접근법 개발


(4) 양자 시뮬레이션을 통한 양자 역학의 이해

- 화학 전기적 구조 연산, 원자 진동 및 회전 연산, 화학적 과정 반응 등 다양한 양자 시스템에서의 과학과 공학적인 이해 향상
- 양자 시스템에 대한 연구를 수행하는데 사용 가능한 기기에 양자 알고리즘과 프로토콜을 적용하고 성과 시험


(5) 정밀 측정 부문에의 양자 정보 기술 활용

- 정확성과 정밀성을 개선한 양자 기술이 연구실에서만이 아니라 실제 환경에서 활용될 수 있도록 기술 개선
- 양자 얽힘과 양자 컴퓨터를 활용해 새로운 환경과 과학 분야에서 활용될 수 있는 측량 기법을 개발


(6) 새로운 활용을 위한 양자 얽힘 현상의 발생과 배분

- 장거리 양자 네트워크가 실현되기 전 단계에서 필요한 양자 반복기(quantum repeater), 메모리, 연결기기 등 기초적인 기술 개선
- 저온 유지 장치(cryostat), 통합 광학 기기, 큐빗 등 다양한 거리 수준에서 양자 네트워킹 시스템 통합
- 양자 네트워크가 얽힘 현상을 지구 내 다수의 노드로 전파할 수 있도록 설계


(7) 양자 에러의 특성화와 감소

- 복잡한 양자 프로세서와 네트워크에서 양자 에러가 어떻게 전파되는지를 완전히 예측해 멀티 큐빗 시스템을 특성화하고 통제
- 양자 에러의 가능성을 포용하고 수정하는 접근법 개발
- 현재의 기기를 활용해 양자 성능의 한계 확대


(8) 양자 정보를 활용한 우주의 이해

- 연산과 정보 처리를 위해 양자 복잡성 이론, 양자 자원 이론, 양자 컴퓨팅 등 수학적 기반 마련
- 양자 시스템 시뮬레이션을 통해 우주와 블랙홀 등으로 물리학 이론 영역 확대
- 양자정보과학을 통해 분자물리학의 표준 모델을 시험하는 새로운 접근법 제시


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출처 : 한국과학기술기획평가원 / S&T GPS