Qubits Unleashed: NIST의 "토글 스위치"와 양자 컴퓨팅의 미래

국립표준기술연구소(NIST)2023년 8월 17일

NIST의 과학자들은 큐비트와 판독 공진기 사이의 연결을 조정하는 양자 컴퓨터용 "토글 스위치" 장치를 도입했습니다. 이 장치는 소음 및 재프로그래밍 제한과 같은 문제를 해결하여 보다 유연하고 정확한 양자 컴퓨팅을 위한 길을 열어줍니다.

새로운 장치는 더 선명한 출력을 갖춘 더 다양한 양자 프로세서로 이어질 수 있습니다.

출력을 읽을 수 없다면 강력한 컴퓨터가 무슨 소용이 있을까요? 아니면 다른 작업을 수행하도록 쉽게 다시 프로그래밍할 수 있나요? 양자 컴퓨터를 설계하는 사람들은 이러한 문제에 직면하고 있으며 새로운 장치를 사용하면 이러한 문제를 더 쉽게 해결할 수 있습니다.

NIST(National Institute of Standards and Technology)의 과학자 팀이 도입한 이 장치에는 두 개의 초전도 양자 비트 또는 큐비트가 포함되어 있습니다. 이는 양자 컴퓨터의 고전 컴퓨터 처리 칩의 논리 비트와 유사합니다. 이 새로운 전략의 핵심은 큐비트 계산의 출력을 읽을 수 있는 "판독 공진기"라는 회로에 큐비트를 연결하는 "토글 스위치" 장치에 의존합니다.

이 토글 스위치를 다른 상태로 전환하여 큐비트와 판독 공진기 사이의 연결 강도를 조정할 수 있습니다. 끄면 세 요소가 모두 서로 격리됩니다. 스위치를 켜서 두 큐비트를 연결하면 상호 작용하고 계산을 수행할 수 있습니다. 계산이 완료되면 토글 스위치가 큐비트와 판독 공진기 중 하나를 연결하여 결과를 검색할 수 있습니다.

프로그래밍 가능한 토글 스위치를 사용하면 큐비트가 계산을 수행하고 결과를 명확하게 표시하는 것을 어렵게 만드는 양자 컴퓨터 회로의 일반적인 문제인 소음을 줄이는 데 큰 도움이 됩니다.

이 사진은 장치의 중앙 작업 영역을 보여줍니다. 하단 섹션에서 세 개의 큰 직사각형(연한 파란색)은 오른쪽과 왼쪽에 있는 두 개의 양자 비트 또는 큐비트와 중앙의 공진기를 나타냅니다. 위쪽의 확대된 부분에서 안테나(하단의 큰 진한 파란색 직사각형)를 통해 마이크로파를 구동하면 SQUID 루프(중앙의 더 작은 흰색 정사각형, 측면 길이가 약 20마이크로미터)에 자기장이 유도됩니다. 자기장은 토글 스위치를 활성화합니다. 마이크로파의 주파수와 크기는 스위치의 위치와 큐비트와 공진기 간의 연결 강도를 결정합니다. 출처: R. Simmonds / NIST

NIST 물리학자이자 논문 저자 중 한 명인 Ray Simmonds는 “목표는 방해 없이 계산할 수 있도록 큐비트를 행복하게 유지하는 동시에 우리가 원할 때 읽을 수 있도록 하는 것입니다.”라고 말했습니다. "이 장치 아키텍처는 큐비트를 보호하는 데 도움이 되며 큐비트에서 양자 정보 프로세서를 구축하는 데 필요한 충실도 높은 측정을 수행하는 능력을 향상시킬 것을 약속합니다."

The team, which also includes scientists from the University of Massachusetts Lowell, the University of Colorado Boulder, and Raytheon BBN Technologies, describes its results in a paper published recently in the journal Nature PhysicsAs the name implies, Nature Physics is a peer-reviewed, scientific journal covering physics and is published by Nature Research. It was first published in October 2005 and its monthly coverage includes articles, letters, reviews, research highlights, news and views, commentaries, book reviews, and correspondence." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">자연 물리학.

아직 초기 개발 단계에 있는 양자 컴퓨터는 양자 역학의 기괴한 특성을 활용하여 가장 강력한 고전 컴퓨터조차 다루기 힘든 작업(예: 정교한 화학적 상호 작용 시뮬레이션을 수행하여 신약 개발을 지원하는 작업)을 수행합니다. .

그러나 양자 컴퓨터 설계자들은 여전히 ​​많은 문제에 직면해 있습니다. 그 중 하나는 컴퓨터를 만드는 데 사용되는 재료의 결함으로 인해 발생하는 외부 또는 내부 소음에 의해 양자 회로가 흔들리는 것입니다. 이 잡음은 본질적으로 큐비트 계산에서 오류를 일으킬 수 있는 무작위 동작입니다.