Fiber Optics ( 광섬유)
양자 컴퓨터의 저온 냉각된 내부 작업과 그것들을 제어하는 종래의 전자 기기 사이의 갭을 메우는 것은 해결되지 않은 과제입니다.
현재 접근방식으로는 확장성이 낮아 보이지만
새로운 연구에 따르면, 광섬유는 컴퓨팅에 혁명을 가져오기에 충분한 크기의 디바이스를 만드는 데 열쇠가 될 수 있습니다.
지난 10년 동안 양자 컴퓨팅에서 큰 진전을 이뤘고,
많은 부유한 테크놀로지 기업들이 최초의 상업적으로 유용한 머신을 구축하기 위한 경쟁에 참여했습니다.
하지만 그러한 진보에도 불구하고 오늘날의 선진적인 양자 프로세서는 수십 큐비트, 비트의 양자등가물, 그리고 기술의 기본적인 구성요소만 갖추고 있습니다.
이는 기존 컴퓨터를 뛰어넘는 유용한 문제에 대처하기에 충분한 강력한 범용 양자컴퓨터를 구축할 필요가 있다고 대부분의 전문가들이 생각하는 수에서 현격히 벗어나 있습니다.
추정치는 다양하지만 현재 접근방식으로는 도달하기 어려운 수백만 큐비트가 필요할 수 있습니다.
오늘날의 선진적인 프로세서는 초전도 큐비트를 사용하고 있습니다.
큐비트는 매우 감도가 높으며 백그라운드의 열에너지가 방해되지 않도록 절대 영도에 가까운 온도에서 보관해야 합니다.
이들은 모두 마이크로파 펄스를 사용하여 제어되고 측정됩니다.
마이크로파 펄스는 전용 전기 케이블을 통해 각 큐비트에 개별적으로 전송됩니다.
문제는 이들 케이블에 신호를 보내면 극히 미미하지만 피할 수 없는 열량이 발생한다는 것입니다.
현재 큐비트 수로는 관리 가능하지만 수천 큐비트가 넘으면 이들 케이블로 인해 발생하는 열이 프로세서의 동작을 방해할 수 있습니다.
국립 표준 기술 연구소(NIST)의 연구진은 해결책을 발견했을지도 모른다고 생각합니다.
그들은 마이크로파 펄스를 광섬유 케이블로 보내는 방법을 고안했습니다.
광섬유 케이블은 발열이 훨씬 적어 수백만 개의 큐비트를 안전하게 묶을 수 있습니다.
NIST 물리학자 존 투펠은 보도자료에서
"이번 진보는 매우 중요한 문제를 해결하기 위해 포토닉스와 초전도 큐비트라는 전혀 다른 두 기술을 결합했기 때문에 큰 영향을 미칠 것으로 본다"고 말했습니다.
또한 광섬유는 기존 케이블보다 훨씬 적은 용량으로 훨씬 많은 데이터를 전송할 수 있습니다.
마이크로파 펄스를 광섬유로 송신하는 것은 단순히 케이블을 교체하는 것보다도 복잡했습니다.
연구자들은 Nature 의 논문에서 전기 광학 변조기(electro-optic modulator)로 불리는 장치를 사용하여 장파장 마이크로파 펄스를 처음에 훨씬 짧은 파장의 적외선 신호로 변환할 필요가 있었던 방법에 대해 설명하고 있습니다.
이후 이들은 광섬유를 광검출기로 보내지는데 그 광검출기는 큐비트와 동일한 저온에서 작동합니다.
빛이 광검출기에 닿으면 발진 전류가 생기고 이로 인해 마이크로파 펄스가 생성되어 큐비트의 상태를 변경하거나 측정할 수 있습니다.
연구진이 큐비트의 상태를 측정하기 위해 시스템을 사용했을 때,
기존 전기 케이블을 사용해 측정했을 때와 똑같은 98%의 정확도를 달성했습니다.
연구진은 더 가느다 전선 개발, 전선을 초전도 케이블로 교체하는 방안, 혹은 동일한 전선을 통해 많은 신호를 보낼 수 있게 하는 다중화라는 프로세스 등 현재 접근에서 발생하는 열을 줄이기 위한 작업이 이미 진행 중임을 인정하고 있습니다.
그러나 광섬유는 충분히 확립된 테크놀로지이며 더 많은 데이터를 전송할 수 있기 때문에 컴퓨팅의 많은 분야에서 이미 전선으로 대체되고 있습니다.
연구진은 또 이번 실험에서 사용한 부품이 실온에서 작동하도록 설계됐기 때문에 극저온에 최적화하면 성능이 대폭 향상될 수 있다고 지적합니다.
배선 문제를 해결하는 것은 대규모 양자 컴퓨터를 구축하는 훨씬 광범위한 과제의 극히 일부에 불과합니다.
하지만 이 연구에 따르면, 시험된 테스트 기술이 장애물 중 적어도 하나를 제거할 수 있다는 것을 알려줍니다.
댓글