[📪정보] 미래의 양자 컴퓨터 배선 : 기존 기술을 사용한 새로운 단순 빌드

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효율적인 양자 컴퓨팅은 기존 컴퓨터로는 불가능한 발전을 가능하게 할 것으로 기대됩니다. 일본과 시드니의 과학자들은 기존의 집적 회로 기술을 사용하여 구축 할 수있는 새로운 2 차원 설계를 공동 작업하고 제안했습니다. 이 설계는 스케일 업 된 양자 컴퓨터를위한 현재의 3 차원 패키징에 직면 한 전형적인 문제를 해결하여 미래를 한 단계 더 가까이 가져옵니다.

양자 컴퓨팅은 물리, 화학, 제약, 비행기 및 자동차 산업의 산업 분야와 같은 분야의 과학자들의 초점이되고 있습니다. 전 세계적으로 Google 및 IBM과 같은 회사의 연구소는 양자 컴퓨터를 개선하는 데 광범위한 리소스를 사용하고 있습니다.

양자 컴퓨터는 양자 역학의 기본 원리를 사용하여 기존 컴퓨터보다 훨씬 더 많은 양의 정보를 훨씬 빠르게 처리합니다. 에러 정정 및 내결함성 양자 계산이 달성 될 때, 과학적 및 기술적 진보는 전례없는 규모로 일어날 것으로 예상된다.

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그러나 대규모 계산을 위해 퀀텀 컴퓨터를 구축하는 것은 아키텍처 측면에서 문제가되고 있습니다. 양자 컴퓨터의 기본 단위는 "양자 비트"또는 "큐빗"입니다. 이들은 일반적으로 원자, 이온, 광자, 전자와 같은 아 원자 입자 또는 여러 상태에 동시에 존재하는 더 큰 원소이므로 대량의 데이터에 대해 여러 가지 잠재적 결과를 빠르게 얻을 수 있습니다.

양자 컴퓨터에 대한 이론적 요구 사항은 2 차원 배열로 배열되어야하며, 각 큐빗은 가장 가까운 이웃과 연결되고 필요한 외부 제어 라인 및 장치에 연결됩니다. 어레이의 큐 비트 수가 증가하면 어레이 내부의 에지에서 큐 비트에 도달하기가 어려워집니다. 이 문제를 해결해야했기 때문에 지금까지 많은 전선이 교차하는 여러 평면에서 복잡한 3D (3D) 배선 시스템이 만들어 져서 건설에 중대한 엔지니어링 과제가되었습니다.

Jaw-Shen Tsai 교수가 이끄는 일본 도쿄 과학 대학, 일본 RIKEN Emergent Matter Science Center 및 시드니 기술 대학의 과학자 그룹은 아키텍처를 수정하여이 큐 비트 접근성 문제에 대한 고유 한 솔루션을 제안합니다. 큐빗 배열의 "여기서 우리는이 문제를 해결하고 3D 외부 회선 기술을 필요로하지 않고 완전히 평면적 인 설계로 되돌아가는 수정 된 초전도 마이크로 아키텍처를 제시합니다." 이 연구는 New Journal of Physics 에 발표되었습니다 .

과학자들은 큐 비트 정사각형 격자 배열로 시작하여 2D 평면의 각 기둥을 펼쳤습니다. 그런 다음 각 연속 열을 서로 접어서 "이중선"배열이라는 이중 1 차원 배열을 형성합니다. 이것은 모든 큐 비트를 가장자리에 놓고 필요한 배선 시스템의 배치를 단순화했습니다. 이 시스템은 2D로도 완벽합니다. 이 새로운 아키텍처에서 일부 큐빗 간 연결 큐 쿼트는 어레이의 모든 인접한 큐빗에도 연결됩니다. 그러나 이것은 배선에서 유일한 오버랩이기 때문에 포인트의 에어 브릿지와 같은 간단한 로컬 3D 시스템 오버랩이 충분하고 시스템 전체가 2D로 유지됩니다. 당신이 상상할 수 있듯이, 이것은 구조를 상당히 단순화시킵니다.

과학자들은 수치와 실험적 평가를 통해이 새로운 배열의 실현 가능성을 평가했는데, 여기에서 에어 브릿지를 통과하기 전후에 얼마나 많은 신호가 유지되는지 테스트했습니다. 두 평가의 결과는 기존 기술을 사용하고 3D 배열없이이 시스템을 구축하고 실행할 수 있음을 보여주었습니다.

과학자들의 실험은 또한 그들의 구조가 3D 구조를 괴롭히는 몇 가지 문제를 해결한다는 것을 보여주었습니다. 이들은 구성하기가 어렵고, 두 와이어를 통해 전송되는 파동 사이에 누화 또는 신호 간섭이 있으며, 큐빗의 취약한 양자 상태는 저하 될 수 있습니다. 새로운 유사 2D 설계는 와이어가 서로 교차하는 횟수를 줄여 크로스 토크를 줄이고 결과적으로 시스템 효율을 높입니다.

전 세계의 대규모 실험실에서 대규모 내결함성 양자 컴퓨터를 구축하는 방법을 찾으려고 할 때이 흥미로운 새 연구 결과에 따르면 기존의 2D 집적 회로 기술을 사용하여 이러한 컴퓨터를 구축 할 수 있습니다. "양자 컴퓨터는 최신 컴퓨터의 기능을 훨씬 능가하는 정보 장치입니다"라고 Tsai 교수는 말합니다. 이러한 방향으로의 연구 여정은이 연구에 의해서만 시작되었으며, Tsai 교수는“우리는 가능성을 더 조사하고 탐구하기 위해 소규모 회로를 구성 할 계획”이라고 결론 지었다.

출처 : 도쿄 과학 대학

https://www.technology.org/2020/04/27/wiring-the-quantum-computer-of-the-future-a-novel-simple-build-with-existing-technology/