Azure Quantum을 통해 내결함성 양자 컴퓨팅을 향한 Microsoft의 도약

퀀텀 컴퓨팅는 기존 컴퓨터가 해결하려고 애쓰는 복잡한 문제를 해결하겠다는 약속과 함께 집중적인 연구 개발의 주제였습니다. 양자 컴퓨팅 분야의 핵심 기업인 Microsoft는 Azure Quantum 플랫폼을 통해 대규모로 내결함성 양자 컴퓨팅을 달성하는 데 상당한 진전을 이루고 있습니다. 이 기사에서는 이러한 발전을 자세히 살펴보고 그 중요성을 설명하고 컴퓨팅의 미래를 어떻게 형성할 수 있는지 고려합니다.

대규모 양자: 필요성

기후 변화 및 의료 혁신과 같은 가장 큰 과제를 해결하기 위해 양자 컴퓨팅을 사용하려는 탐구에서, 전문가 추정 적어도 0만 큐비트로 구동되는 양자 컴퓨터가 필요하다는 것입니다. 퀀텀 비트(Quantum Bit)의 줄임말인 큐비트는 양자 컴퓨팅의 기본 정보 단위입니다. 주어진 시간에 1 또는 0의 두 가지 상태 중 하나로만 존재할 수 있는 기존 비트와 달리 큐비트는 상태의 중첩으로 존재할 수 있습니다. 이는 큐비트가 1과 XNUMX을 동시에 나타내는 상태에 있을 수 있음을 의미합니다. 더욱이, 큐비트는 서로 얽힐 수 있으며, 여기서 한 큐비트의 상태는 다른 큐비트의 상태에 따라 달라집니다. 이를 통해 큐비트는 기존 컴퓨팅을 능가하는 복잡한 정보와 병렬 처리 기능을 인코딩할 수 있습니다. 그러나 이러한 복잡한 계산을 효과적으로 수행하려면 큐비트가 안정적이고 제어 가능해야 합니다.

백만 큐비트를 갖춘 양자 컴퓨터를 개발하는 등 이러한 규모를 달성하는 것은 엄청난 도전입니다. 현재 몇 큐비트라도 관리하려면 정교한 기술과 정밀한 제어가 필요합니다. 최대 100만 큐비트까지 확장하면 큐비트 안정성을 유지하고 대규모로 오류 없는 작업을 보장한다는 측면에서 이러한 과제가 배가됩니다.

Qubit의 감도에 대한 도전

하나의 주요 과제 양자 컴퓨팅에서는 오류에 대한 큐비트의 민감도가 중요합니다. 사소한 환경 변화라도 실제 사용을 위한 양자 컴퓨터의 신뢰성에 큰 영향을 미치는 오류로 이어질 수 있습니다. 게다가 작은 오류라도 양자 컴퓨팅 프로세스에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 99.9%의 충실도 비율은 합리적으로 보이지만(즉 오류는 1,000번의 작업마다 한 번만 발생함을 의미) 복잡한 문제를 해결하기 위해 작업이 백만 큐비트에 실행되는 양자 컴퓨팅의 경우 이는 상당히 높습니다. 이로 인해 누적되는 많은 오류가 발생하여 결과의 ​​신뢰성이 낮아질 수 있습니다.

양자 컴퓨터가 효과적이고 안정적으로 작동하려면 장기간에 걸쳐 매우 정확하게 이러한 작업을 수행해야 합니다. 복잡한 계산을 보다 효과적으로 관리하기 위해 시스템이 확장됨에 따라 이러한 요구 사항은 더욱 까다로워집니다.

논리적 큐비트를 사용한 오류 수정

양자 컴퓨팅의 신뢰성과 확장성을 향상하려면 오류에 대한 견고성을 높이는 것이 중요합니다. 연구자들은 두 분야 모두에서 오류 탐지 및 수정 전략을 적극적으로 개발하고 있습니다. 물리적, 논리적 큐비트 수준. 단순히 물리적 큐비트의 충실도를 높이면서 하지 않을 수 있습니다 문제를 완전히 해결하고, 논리적 큐비트 앞으로 유망한 길을 제시합니다.

논리적 큐비트 기능은 다음과 같습니다. 반복 코드 오류로부터 보호하기 위해 정보가 여러 비트에 걸쳐 복제되는 클래식 컴퓨팅에서는 그러나 복제 금지 정리 물리학에서는 큐비트를 직접 복제하는 것이 불가능합니다. 대신, 양자 오류 수정은 논리적 큐비트의 상태를 여러 물리적 큐비트에 분산시킵니다. 이러한 중복성을 통해 개별 물리적 큐비트의 오류를 감지하고 수정하여 양자 정보의 무결성을 유지하고 오류율을 크게 줄일 수 있습니다. 여러 물리적 큐비트에서 단일 논리적 큐비트를 형성함으로써 이 방법은 내결함성을 도입합니다. 일부 물리적 큐비트에 오류가 발생하더라도 논리적 큐비트의 상태는 변경되지 않은 물리적 큐비트에 따라 결정되므로 그대로 유지됩니다. 이는 양자 컴퓨터의 안정성과 신뢰성을 크게 향상시켜 더 복잡하고 긴 계산을 처리할 수 있게 해줍니다. 그러나 이를 위해서는 오류를 효과적으로 관리하기 위해 신중하게 설계된 하드웨어와 소프트웨어를 갖춘 신중한 시스템이 필요합니다.

Microsoft와 Quantinuum의 오류 감소 혁신

최근 협력에서 Microsoft와 Quantinuum은 성공적으로 해결됨 오류에 대한 큐비트의 취약성에 대한 오랜 문제입니다. 그들은 통합을 통해 이를 달성했습니다. Quantinuum의 하드웨어 시스템 과 마이크로소프트의 큐비트 가상화 또는 논리 큐비트 시스템을 사용하여 오류 처리에서 800배 향상된 성능을 달성한 통합되고 견고한 시스템이 탄생했습니다. 이 통합을 통해 연구자들은 다음을 수행할 수 있었습니다. 14,000개의 독립 인스턴스 오류가 발생하지 않고. 이번 성과의 핵심 물리적 큐비트를 논리적 큐비트로 변환하고 오류 수정을 실행하는 마이크로소프트의 큐비트 가상화 시스템이다. 이 가상화 시스템을 통해 Quantinuum의 30개 물리적 큐비트 중 단 32개에서만 안정적인 논리적 큐비트 0.00001개를 생성할 수 있었으며, 100,000 작업당 XNUMX개의 오류를 나타내는 XNUMX의 매우 낮은 회로 오류율을 보여주었습니다.

이러한 개발의 영향을 이해하는 것은 오류율을 800배 줄이는 것을 생각하면 더욱 분명해집니다. 이는 고품질 소음 제거 헤드셋을 사용하는 경험과 유사하게 신호를 29dB 향상시키는 것과 같습니다. 비행기의 배경 소음을 물리적 큐비트의 주변 소음으로 생각해보세요. 더 나은 음악 청취를 위해 헤드셋이 소음을 제거하는 것처럼 큐비트 가상화 시스템은 양자 컴퓨팅 작업 중에 물리적 큐비트로 인해 발생하는 오류를 줄이는 데 도움이 됩니다.

오류 감소 이상의 영향

Quantinuum의 하드웨어와 Microsoft의 큐비트 가상화 시스템 간의 협력은 단순히 오류를 줄이는 것 이상으로 확장됩니다. 이러한 기술을 통합함으로써 연구원들은 복잡한 양자 알고리즘을 개발하고 구현할 수 있는 안정적인 플랫폼을 제공받습니다. 이러한 개발은 재료 과학 및 암호화와 같은 분야의 혁신을 장려하고 양자 컴퓨팅 기술의 접근성을 향상시킬 수 있습니다. 플랫폼이 계속 성숙해지고 접근성이 높아짐에 따라 양자 컴퓨팅에 대한 액세스가 확대되어 더 많은 과학자와 기관이 고급 연구에 참여할 수 있게 될 것입니다.

히프 라인

Azure Quantum을 통한 Microsoft의 내결함성 양자 컴퓨팅 추구는 컴퓨팅 역량의 획기적인 도약을 의미합니다. 초점은 오류 감소에 맞춰져 있지만, Quantinuum의 양자 하드웨어와 Microsoft의 큐비트 가상화 시스템을 통합하면 단순한 오류 완화를 넘어선 가능성의 영역이 드러납니다. 이러한 발전은 오류 처리를 개선하는 데 그치지 않고 복잡한 양자 알고리즘을 탐색하기 위한 견고한 기반을 구축합니다. Microsoft는 하드웨어와 가상화 간의 격차를 메움으로써 연구자들이 재료 과학 및 암호화와 같은 과학 분야에서 새로운 영역을 탐색할 수 있도록 지원합니다.