[📪정보] 인공원자 활용 128큐비트 양자칩 개발

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인공 원자와 광 집적회로를 기반으로 최대 규모 확장 가능한 양자 프로세서가 개발됐다.

MIT 연구원들은 미세한 다이아몬드 조각에서 원자 규모 결함(defects)으로 생성된 인공 원자(artificial atoms)를 통해 광 회로(photonic circuitry) 기반 128큐비트 양자 칩(quantum chip)을 생산했다.

MIT 전기공학 및 컴퓨터과학과 부교수 더크 잉글룬드(Dirk Englund)는 “확장 가능한 양자 프로세서 분야에서 획기적인 연구”라고 말했다.

연구진에 따르면 범용 양자 컴퓨터를 구축하기 위해서는 수백만 개의 양자 프로세서가 필요하다. 새로운 연구 결과는 프로세서 생산을 확장할 수있는 실용적인 방법을 제시한다. 조절 가능한 인공 원자를 상-안정(phase-stable) 광 집적 회로(photonic integrated circuit, PIC)에 조립할 수 있는 능력은 다중 양자 리피터 및 범용 양자 프로세서 완성의 핵심 단계다.

0과 1로 표시되는 비트를 사용하여 정보를 처리하고 저장하는 기존 컴퓨터와 달리, 양자 컴퓨터는 양자 비트 또는 큐비트(qubit)로 작동한다. 이 비트는 동시에 0, 1 또는 둘 다를 나타낼 수 있다. 이러한 특성으로 인해 양자 컴퓨터는 여러 계산을 동시에 수행하여 고전적인 컴퓨터에서는 다루기 어려운 문제를 해결할 수 있다.

새로운 칩의 큐비트는 다이아몬드의 결함으로 만들어진 인공 원자로, 가시광선과 마이크로파로 양자 정보를 전달하는 광자를 방출할 수 있다.

연구팀이 8일(현지시각) 네이처(Nature)에 발표한 논문에서 설명한 이 프로세스는 여러 다이아몬드 기반 큐비트를 포함하는 엄선 된 양자 마이크로 칩렛(quantum micro chiplets)이 질화 알루미늄 PIC에 배치되는 하이브리드 방식이다.

잉글룬드는 “지난 20 년간의 양자 공학에서 이러한 인공 큐비트 시스템을 집적 회로와 비슷한 양으로 제조하는 것이 궁극적 비전이었다. 이 활발한 연구 분야에서 주목할만한 진전이 있었음에도 불구하고, 제조 및 재료 합병증은 지금까지 광자 시스템 당 2~3개 이미터(emitter) 산출했다”고 말했다.

연구팀은 하이브리드 방법을 사용하여 최대 통합 인공원자-광자 칩인 128 큐비트 시스템을 구축할 수 있었다.

칩렛의 인공 원자는 다이아몬드의 컬러 센터(color centers), 인접한 탄소 원자가 누 된 다이아몬드의 탄소 격자 결함으로 구성되며, 공간은 다른 요소로 채워지거나 비어 있다.

MIT 연구팀이 사용한 대체 요소는 게르마늄과 실리콘이다. 각 중심은 스핀 상태가 큐비트를 형성할 수 있는 원자와 같은 이미터로 기능한다. 인공 원자는 큐비트로 표시되는 양자 정보를 운반하는 색을 가진 광 입자 또는 광자를 방출한다. 연구원들은 다이아몬드로 대규모 양자 칩을 만들려고하는 대신 모듈 식과 하이브리드 방식을 택했다.

반도체 제조 기술을 사용해 이 작은 칩렛을 만들어서 고품질 큐비트 모듈 만 선택한다. 그런 다음 칩렛을 다른 칩에 하나씩 통합해 칩렛을 더 큰 장치에 ‘연결’한다. 전자 집적 회로와 유사하지만 전자 보다는 광자를 사용해 정보를 전달하는 광자 집적 회로에 해당한다.

연구에 따르면 광학(Photonics)은 손실이 적은 회로의 모듈 간에 광자를 라우팅하고 전환하기위한 기본 아키텍처를 제공한다. 회로 플랫폼은 실리콘이 아니라 질화 알루미늄이다. 질화 알루미늄은 극저온에서 작동하는 광 스위치를 지원, 컬러 센터를 제어하기 위해 작동한다.

광전자 회로와 다이아몬드 칩렛의 이 하이브리드 방식을 사용해 연구원들은 하나의 플랫폼에서 128큐비트를 연결할 수 있었다. 큐비트는 안정적이고 수명이 길며 방출은 스펙트럼 내에서 분별할 수 없는 광자를 생성하기 위해 회로 내에서 조정될 수 있다.

http://scimonitors.com/%ec%9d%b8%ea%b3%b5%ec%9b%90%ec%9e%90-%ea%b4%91%ed%9a%8c%eb%a1%9c-%ea%b8%b0%eb%b0%98-128%ed%81%90%eb%b9%84%ed%8a%b8-%ec%96%91%ec%9e%90%ec%b9%a9-%ea%b0%9c%eb%b0%9c/

[익명(223.39)]

머 이리빠르지 300큐비트까지 172개남았네

[익명(223.38)]

억지로 늘린거니깐 아직 멀었음

[멘헤라및붕(telstar0906)]

억지로 늘리는게 무슨뜻이ㅇ? 같은128큐비트라도 오류가더많이나나? - dc App

[익명(220.77)]

128큐비트 가 실질적으로 128큐비트 성능을 낼 수 있는 것도 아니고, 300큐비트에 도달하여도 그럴 것이다. 완전한 양자 노이즈가 해결된 위상부도체,마요라나,상온초전도 등과 같은 방식의 양자컴퓨터가 아닌 이상 큐비트가 증가한다고 그것이다 순수 큐비트가 되는 것이 아닌, 128개의 양자 큐비트중 대다수는 양자 노이즈의 오류율을 낮추기 위한 보정 작업에 들어간다. 즉, 보정 큐비트와 실질 큐비트를 다 합쳐 부르는 것이 양자 볼륨이며, 위에서 말한 128 큐비트는 실질적인 128큐비트가 아닌 양자볼륨이 128큐비트 일 가능성이 높다. 기존 양자컴퓨터 방식으로 200 큐비트 정도의 성능을 내려면 보정 큐비트가 수천 ~ 수십만 큐비트가 추가로 필요하다고 언급한 바가 있다. 하지만 이러한 막대한 보정 큐비트를

[익명(220.77)]

쏟아부어도, 완전히 양자 노이즈를 극복하기 힘들다는 시각도 있다. 결과는 가봐야 알겠지만 최종적으로 범용성,상용성을 지닌 양자컴퓨터를 만들어내려면 현 2진법 컴퓨터와 같이 노이즈 따위는 없거나 일어날 확률이 극히 희박해야한다. 양자 노이즈를 완전히 해결하기 위해 고안된 소재가 위상부도체 와 마요라나 입자가 대표적이며 상온초전도체가 가능하면 이 역시 양자 노이즈에서 해방될 수 있다. 글로벌 기업과 연구소들은 이러한 소재도 같이 연구중에 있으며 현재 개발 중인 양자컴퓨터들은 전부 이온트랩 방식의 초저온 초진공 상태 + 보정 큐비트까지 투입되어 오류를 보정하는 방식의 양자컴퓨터이다. 위에서 말하는 128큐비트 양자컴퓨터는 순수히 128개가 온전히 작동하는 것이 아닌 양자 볼륨이 128일 확률이 높다는 것이다.