오류 수정 기능이 내장된 물리적 큐비트

마인츠 대학, 올로모우츠 대학, 도쿄 대학의 연구원들은 오류를 수정할 수 있는 고유한 능력을 가진 단일 광 펄스로부터 논리적 큐비트를 생성하는 데 성공했습니다.

양자 컴퓨팅 분야에서는 상당한 진전이 있었습니다. Google, IBM 등 글로벌 대기업은 이미 클라우드 기반 양자컴퓨팅 서비스를 제공하고 있습니다. 그러나 양자컴퓨터는 아직 표준컴퓨터의 용량 한계에 도달했을 때 발생하는 문제를 해결하는데 도움을 줄 수 없다. 양자정보의 기본 단위인 큐비트, 즉 양자비트의 가용성이 아직 부족하기 때문이다. 그 이유 중 하나는 베어 큐비트가 양자 알고리즘을 실행하는 데 즉시 사용되지 않기 때문입니다.

일반적인 컴퓨터의 바이너리 비트는 0 또는 1의 고정된 값 형식으로 정보를 저장하는 반면, 큐비트는 0과 1을 동시에 나타낼 수 있어 그 값에 대한 확률이 작용합니다. 이것을 양자 중첩이라고 합니다. 이로 인해 외부 영향에 매우 취약해지며, 이는 저장한 정보가 쉽게 손실될 수 있음을 의미합니다. 양자 컴퓨터가 신뢰할 수 있는 결과를 제공하려면 여러 물리적 큐비트를 결합하여 논리적 큐비트를 형성하는 진정한 얽힘을 생성해야 합니다. 이러한 물리적 큐비트 중 하나가 실패하면 다른 큐비트가 정보를 유지합니다. 그러나 기능성 양자 컴퓨터의 개발을 방해하는 주요 어려움 중 하나는 필요한 물리적 큐비트 수가 많다는 것입니다.

광자 기반 접근 방식의 장점

양자 컴퓨팅을 실행 가능하게 만들기 위해 다양한 개념이 채택되고 있습니다. 예를 들어, 대기업은 현재 초전도 고체 시스템에 의존하고 있지만 절대 영도에 가까운 온도에서만 작동한다는 단점이 있습니다. 반면에 광자 개념은 실온에서 작동합니다. 단일 광자는 일반적으로 여기서 물리적 큐비트 역할을 합니다. 어떤 의미에서 빛의 작은 입자인 이러한 광자는 본질적으로 고체 큐비트보다 더 빠르게 작동하지만 동시에 더 쉽게 손실됩니다. 큐비트 손실 및 기타 오류를 방지하려면 초전도체 기반 접근 방식의 경우처럼 여러 개의 단일 광자 광 펄스를 함께 결합하여 논리적 큐비트를 구성해야 합니다.

오류 수정을 위한 고유한 용량을 갖춘 큐비트

도쿄 대학의 연구원들은 독일의 요하네스 구텐베르크 대학 마인츠(JGU)와 체코의 팔라키 대학 올로모우츠의 동료들과 함께 최근 광자 양자 컴퓨터를 구성하는 새로운 방법을 시연했습니다. 단일 광자를 사용하는 대신 팀은 여러 광자로 구성될 수 있는 레이저 생성 광 펄스를 사용했습니다. 마인츠 대학의 Peter van Loock 교수는 “우리의 레이저 펄스는 오류를 수정할 수 있는 고유한 능력을 제공하는 양자 광학 상태로 변환되었습니다.”라고 말했습니다. “시스템은 레이저 펄스로만 구성되어 매우 작지만 원칙적으로 오류를 즉시 근절할 수 있습니다.” 따라서 수많은 광 펄스를 통해 개별 광자를 큐비트로 생성한 다음 논리 큐비트로 상호 작용하도록 할 필요가 없습니다. van Loock은 “강력한 논리적 큐비트를 얻으려면 단 하나의 광 펄스만 필요합니다.”라고 덧붙였습니다. 즉, 물리적 큐비트는 이미 이 시스템의 논리적 큐비트와 동일하며 이는 놀랍고 독특한 개념입니다. 그러나 도쿄 대학에서 실험적으로 생성된 논리 큐비트는 필요한 수준의 오류 허용 오차를 제공할 만큼 품질이 아직 충분하지 않았습니다. 그럼에도 불구하고 연구원들은 가장 혁신적인 양자 광학 방법을 사용하여 비보편적으로 수정 가능한 큐비트를 수정 가능한 큐비트로 변환하는 것이 가능하다는 것을 분명히 보여주었습니다.

해당 연구 결과가 최근에 발표되었습니다. 과학. 이는 일본의 후루사와 아키라(Akira Furusawa) 실험 그룹과 독일의 피터 반 룩(Peter van Loock) 이론 팀 간의 약 20년 간의 협력을 기반으로 합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/02/240202115149.htm