모듈형 양자 컴퓨터 확장성을 위한 양자 비트 유연한 연결 방법 연구 발표

Seoul최신 연구에 따르면, 양자 컴퓨팅에서 대규모 양자 프로세서를 생성할 수 있는 실용적인 방법이 발견되었습니다. 양자 컴퓨터는 정보를 저장하고 처리하는 단위로 큐비트라는 것을 사용합니다. 일반 비트와 달리, 큐비트는 동시에 여러 상태를 가질 수 있어 계산 속도를 높입니다. 그러나 양자 컴퓨팅의 주요 문제는 수백만 개의 큐비트를 동시에 관리하는 것으로, 이는 매우 복잡한 전자 공학을 필요로 합니다.

로드아일랜드 대학교의 바니타 스리니바사 교수의 새 연구는 양자 프로세서를 확장하는 시스템을 소개합니다. 주된 아이디어는 유연한 연결을 사용하여 먼 거리의 큐비트를 연결하는 것입니다. 이 방법은 상관된 양자 작업을 가능하게 하여 양자 컴퓨팅이 전통적인 컴퓨팅보다 더 강력해지는 데 필수적입니다.

주요 사항:

양자 컴퓨터에서는 각 큐비트를 개별적으로 서로 다른 주파수로 제어해야 합니다. 여러 큐비트를 연결하는 경우, 주파수를 일치시키는 것이 일반적이지만, 이는 시스템이 확장될수록 실용적이지 않습니다. 이 연구는 각 큐비트에 진동 전압을 가하여 추가적인 주파수를 생성하는 방법을 제안합니다.

제안된 시스템에서 반도체 내 스핀 큐비트는 전자 스핀과 같은 특성으로 제어되며, 정보 손실을 줄이는 데 도움을 줍니다. 한 배열에 큐비트를 단순히 더 추가하는 대신, 연구자들은 모듈식 접근 방식을 제안합니다. 각 모듈은 장거리 얽힘 연결로 연결할 수 있는 소규모 큐비트 배열입니다.

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모듈식 접근 방식에는 여러 가지 장점이 있습니다:

• 확장성: 견고한 연결로 연결된 모듈 단위로 양자 프로세서를 확장할 수 있습니다.
• 유연성: 여러 공명 조건 덕분에 주파수를 맞출 필요 없이 새로운 큐비트를 쉽게 추가할 수 있습니다.
• 견고성: 광자 누출에 대한 민감도가 줄어들어 큐비트 간의 안정적이고 장거리 연결을 보장합니다.

연구에서는 초전도 캐비티 안에서 마이크로파 광자를 이용하여 상호작용하는 양자점 기반의 스핀 큐비트를 조사했습니다. 양자점은 반도체 내 작은 영역에 전자를 잡아두고, 전압에 의해 제어됩니다. 초전도 캐비티는 큐비트를 연결하는 데 중요한 더 큰 광자를 보유합니다. 이전 실험에서는 두 큐비트만으로도 큐비트와 광자의 주파수를 일치시키는 것이 어려운 것으로 나타났습니다.

연구진은 스핀을 빠르게 앞뒤로 움직이기 위해 진동 전압을 사용하여 문제를 해결했습니다. 이로 인해 각 큐비트에 추가적인 주파수 선택이 가능해졌고, 주파수를 일치시키는 것이 더 쉬워졌습니다. 그 결과, 두 큐비트를 연결하는 아홉 가지 방법이 생겨나, 그들이 수행할 수 있는 얽힘 연산의 다양성이 향상되었습니다.

이 방법은 반도체 큐비트를 활용한 모듈형 양자 프로세서 개발에 잠재력을 보여줍니다. 다음 단계는 이러한 아이디어를 실제 양자 장치에 적용하여 현재 문제를 해결하고 실용적인 양자 프로세서의 가능성을 높이는 것입니다.