양자 컴퓨팅의 주요 장애물을 극복한 혁신적인 양자 칩

코펜하겐 대학교의 양자 물리학자들은 양자 기술 분야에서 주요한 발전을 이루어냈으며, 주요 장애물을 극복했습니다. 연구 팀은 동일한 양자 칩에서 여러 스핀 큐비트를 동시에 작동시켰습니다. 이것은 슈퍼컴퓨터의 개발에 기여할 것입니다.

큰 규모의 기능적인 양자 컴퓨터를实现하는 데 있는 주요 장애물 중 하나는 많은 기본 메모리 장치, 즉 큐비트를 동시에 제어하는 것입니다. 한 큐비트를 제어할 때, 다른 큐비트에 대한 동시 제어 펄스가 적용될 때 일반적으로 부정적인 영향을 미칩니다.

이挑戰을 극복한 연구 팀에는 코펜하겐 대학교의 니엘스 보어 연구소의 양자 물리학자 두 명, 즉 프레데리코 페데레(Frederico Fedele)와 아나수아 차터지(Anasua Chatterjee)가 포함되어 있습니다. 두 사람은 페르디난트 퀴엠메스(Ferdinand Kuemmeth) 부교수의 연구 그룹에서 일했습니다.

이 연구는 물리학 리뷰 X 양자에 발표되었습니다.

스핀 큐비트를 사용한 새로운 접근법

구글이나 IBM과 같은 회사들은 양자 프로세서에 대한 초전도 기술에 집중해왔지만, 이 연구 그룹은 반도체 큐비트, 즉 스핀 큐비트를 더 많이 연구하고 있습니다.

“일반적으로, 스핀 큐비트는 반도체 나노 구조인 양자 점에 갇힌 전자 스핀으로 구성되며, 개별 스핀 상태를 제어하고 서로 얽을 수 있습니다.” 페데레는 말합니다.

스핀 큐비트는 오랜 시간 동안 양자 상태를 유지할 수 있으며, 이는 다른 플랫폼 유형보다 더 빠르고 정확한 연산을 수행할 수 있음을 의미합니다. 또한, 스핀 큐비트의 크기가 매우 작기 때문에, 다른 큐비트 접근법보다 칩에 더 많이 들어갈 수 있습니다. 이는 더 많은 큐비트가 더 큰 컴퓨팅 파워를 의미하기 때문입니다.

연구 팀은 단일 칩에서 2×2 배열의 4개의 큐비트를 제작하고 작동시킬 수 있었습니다.

큐비트를 통신시키기

아나수아 차터지는 큐비트를 서로 통신시키는 것이 가장 중요한 목표 중 하나라고 말합니다.

“이제 우리는 꽤 좋은 큐비트를 가지고 있으므로, 다음 목표는 큐비트를 회로에 연결하여 많은 큐비트를 작동시키고 양자 계산 오류를 수정할 수 있는 회로를 만들기입니다.” 차터지는 말합니다. “현재까지의 연구에서, 2×2 또는 3×3 큐비트 배열을 포함하는 회로가 개발되었습니다. 그러나, 이러한 큐비트는 한 번에 하나씩만 처리됩니다.”

연구 팀이 개발한 양자 회로는 갈륨 아르세나이드로 만들어졌으며, 박테리아 크기보다 작습니다.

차터지는 이 연구의 공동 저자 중 한 명입니다.

“우리의 칩에서真正로 새로운 것이是什么인가 하면, 우리는 모든 큐비트를 동시에 작동시키고 측정할 수 있습니다. 이것은 이전에 스핀 큐비트나 다른 유형의 큐비트에서 보여진 적이 없습니다.” 차터지는 말합니다.

양자 계산을 수행하기 위해서는 큐비트를 작동시키고 측정하는 것이 중요합니다. 큐비트는 매우 민감하며, 하나씩 측정할 때, 작은 노이즈로 인해 시스템의 양자 정보가 변경될 수 있습니다.

“더 강력한 양자 프로세서를 얻으려면, 큐비트의 수를 증가시키는 것뿐만 아니라, 동시 작동의 수를 증가시켜야 합니다. 이것이 우리가 한 일입니다.” 퀴엠메스 교수는 말합니다.

또 다른 주요 도전은 칩의 48개의 제어 전극을 수동으로 조정해야 하며, 계속해서 조정해야 합니다. 이것은 인간에게 시간이 많이 걸리는 작업이므로, 연구 팀은 최적화 알고리즘과 기계 학습을 사용하여 이 과정을 자동화하는 방법을 찾고 있습니다.