더 나은 Quantum Computers
컴퓨터 시뮬레이션을 통해 새로운 칩을 설계하는 것은
최근 수십 년 사이 프로세서의 성능이 빠르게 향상되는 데 중요한 역할을 했습니다.
현재 중국의 연구자들은 양자세계에 대한 접근을 확대하고 있습니다.
전자설계 자동화 도구는
프로세서의 복잡성이 비약적으로 높아짐에 따라 1980년대 초에 일반화되기 시작해
오늘날에는 칩 설계자들에게 필수적인 도구가 되고 있습니다.
게다가 최근에는 구글은 인공지능을 사용해 차세대 AI 칩을 설계함으로써 접근 방식을 대폭 강화하고 있습니다.
이는 AI의 급격한 성능 향상으로 이어질 수 있는 반복적인 자기 개선 과정을 촉발하겠다는 약속이 담겨 있습니다.
New Scientific은 보고했습니다. 상하이 중국과학기술대학 팀에 대해 동일한 아이디어를 새로운 컴퓨팅 분야인 양자 프로세서에 적용했다고 보고했습니다.
연구원들은 arXiv 프리프린트 서버에 투고된 논문에서, 양자컴퓨터를 사용해 이전 설계를 크게 웃도는 새로운 유형의 큐비트를 설계한 방법을 설명합니다.
저자들은 썼습니다. "고전적인 컴퓨터에는 다루기 어려운 복한성 양자시스템의 시뮬레이션은 양자컴퓨터에서 효율적으로 할 수 있다"고.
"우리의 연구는 기존의 양자 컴퓨팅 자원을 사용해 고도의 양자 프로세서를 설계하는 길을 열어주는 것입니다."
이 아이디어의 핵심은 양자 시스템의 복잡성이 크기가 커질수록 기하급수적으로 커진다는 사실입니다.
그 결과 가장 강력한 슈퍼컴퓨터조차 꽤 작은 양자 시스템을 시뮬레이션하는 데 어려움을 겪고 있습니다.
이것이 구글이 2019년 '양자 우위"를 획기적으로 표시한 근거였습니다.
이 회사 연구원들은 53큐빗 프로세서를 사용해 랜덤 양자회로를 100만 번 실행하고
세계 최고 속도의 슈퍼컴퓨터로 실험을 시뮬레이션하는 데 약 1만 년이 걸린다고 밝혔습니다.
이는 새로운 양자컴퓨터의 설계를 지원하기 위해 고전적인 컴퓨터를 사용하는 것은 곧 기본적인 한계에 도달할 가능성이 높다는 것을 의미합니다.
하지만 양자컴퓨터를 사용하는 것은 애초에 문제를 복잡하게 만드는 양자세계의 동일한 기이한 점을 이용할 수 있기 때문에 문제를 회피합니다.
이것이 바로 중국 연구자들이 한 일입니다.
그들은 양자컴퓨터의 중심에 있는 초전도 전자회로를 시뮬레이션하기 위해
변형 양자 고유해석기variational quantum eigensolver 라고 불리는 알고리즘을 사용했습니다.
이는 회로 내의 특정 에너지 레벨이 변경되었을 때 무슨 일이 일어나는지를 조사하기 위해 사용되었습니다.
보통 이런 종류의 실험에서는 대량의 물리적인 프로토타입을 만들어 테스트해야 하지만, 대신 팀은 변경의 영향을 신속하게 모델화할 수 있었습니다.
결국 연구자들은 그들이 사용하던 큐비트보다 더 강력한 새로운 유형의 큐비트를 발견했다는 것입니다.
어떤 2레벨 양자 시스템도 큐비트 역할을 할 수 있는데,
대부분의 초전도 양자 컴퓨터는 트랜스몬을 사용하고 이는 양자 상태를 전자의 진동으로 인코딩합니다.
시뮬레이션된 양자 회로의 에너지 수준을 미세 조정함으로써 연구자들은 플라소늄이라고 불리는 새로운 큐비트 설계를 발견할 수 있었습니다.
트랜스몬의 절반 이하 크기에서 연구자가 그것을 제조했을 때,
연구자들은 그것이 양자 상태를 더 오래 유지하고 오류가 나기 어렵다는 것을 발견했습니다.
아직은 트랜스몬과 비슷한 원리로 작동하기 때문에 동일한 제어기술을 이용해 조작할 수 있습니다.
연구진은 이번 시제품이 처음인 만큼 더욱 최적화하고
최근 새로운 초전도 재료와 표면처리 방법의 진보가 통합돼 성능이 더욱 향상될 것으로 기대한다고 지적합니다.
하지만 연구원들이 설계한 새로운 큐비트는 아마도 그들의 가장 중요한 기여는 아닐 것입니다.
오늘날의 초보적인 양자 컴퓨터조차 미래의 장치를 설계하는 데 도움이 된다는 것을 증명함으로써
그들은 이 분야의 혁신을 현저하게 가속시킬 수 있는 선순환의 문을 열었습니다.
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