Quantum Computing in Silicon
표준 컴퓨터 칩과 같은 원자재로 만들어진 양자 컴퓨터는 분명 유망하지만 현재로선 높은 오류율에 고전하고 있습니다.
실리콘 큐비트가 현재 일반적인 오류 정정 코드를 실행하기에 충분한 정확도임을 새로운 연구가 보여준 후에 그것은 변화하기 시작한 것 같습니다.
오늘날 화제가 되고 있는 양자 컴퓨터는 구글이나 IBM 의 것과 같은 초전도 큐빗이나 IonQ나 Honeywell 의 것과 같은 갇힌 이온을 사용해 만들어지는 경향이 있습니다. 그러나 그들의 훌륭한 공적에도 불구하고
그들은 방 전체를 차지하고 전 세계의 우수한 두뇌에 의해 정성껏 만들어져야 합니다.
그래서 실리콘으로 양자 프로세서를 구축함으로써 기존의 컴퓨터 칩으로 했던 소형화와 제조의 획기적인 진보를 다른 사람들은 이용하려고 합니다.
이 분야에서는 오랜 세월 연구가 계속되고 있어 인텔이 양자 경쟁에 임하고 있는 것은 당연한 일입니다.
하지만 진보에도 불구하고 실리콘 큐비트는 그 유용성을 제한하는 높은 오류율에 시달려 왔습니다.
양자 상태의 섬세한 성질은 이들 모든 기술에 있어서 오류가 문제임을 의미하며
그들 중 하나가 상당한 규모에 도달하려면 오류 정정 스킴이 필요할 것입니다.
그러나 이러한 스킴은 에러율을 충분히 낮게 유지할 수 있는 경우에만 기능합니다.
기본적으로 표시되는 것보다 빨리 오류를 수정할 수 있어야 합니다.
현재 가장 유망한 오류 정정 스킴패밀리는 '서페이스 코드'로 알려져 있으며
99% 이상의 충실도로 동작하기 위해서는 큐비트 또는 큐비트 간 조작이 필요합니다. 그것은 오랫동안 실리콘 큐비트를 피해왔지만 Nature 최신호에서는 세 그룹이 이 중요한 임계치를 넘어섰다고 보고하고 있습니다.
일본 RIKEN 과 Delft University of Technology와 네덜란드 응용과학연구기구의 협업인 QuTech의 연구원들의 첫 두 논문은 큐비트에 양자점을 사용합니다.
이들은 단일 전자를 수용하는 반도체에서 만들어진 작은 트랩으로
소립자의 기본 성질인 전자의 스핀을 조작함으로써 정보를 큐비트에 부호화할 수 있습니다.
두 그룹의 약진의 관건은 주로 큐비트와 제어시스템의 신중한 엔지니어링에 있습닏다. 하지만 QuTech 그룹은 또한 샌디아 국립 연구소 연구자들에 의해 개발된 진단 도구를 사용하여 시스템을 디버깅하고 미세 조정했습니다.
한편 RIKEN팀은 작업의 속도를 높임으로써 충실도가 향상되는 것을 발견했습니다.
University of New South Wales의 세 번째 그룹은 실리콘 격자에 내장된 인 원자를 큐비트로 하여 조금 다른 접근법을 취했습니다.
이들 원자는 다른 대부분의 큐비트에 비해 매우 오랫동안 양자 상태를 유지할 수 있지만 상호작용시키기 어렵다는 것입니다.
이 그룹의 해결책은 이 두 개의 인 원자를 전자로 연결함으로써 서로 대화할 수 있도록 하는 것이었습니다.
세 그룹은 모두 오류 정정 임계값을 초과하는 단일 큐빗과 투 큐빗 모두 동작에서 99% 이상의 피델리티를 달성할 수 있었습니다.
그들은 시스템을 사용하여 몇 가지 기본적인 원리증명 계산을 실행할 수조차 있었습니다.
그럼에도 이들은 실리콘에서 폴트트렐런트 양자 프로세서를 만들려면 아직 갈 길이 멉니다.
고충실도 큐빗 조작을 실현하는 것은 효과적인 에러 수정 요건 중 하나일 뿐입니다.
다른 하나는 이 태스크 전용 스페어 큐비트가 대량으로 있는 반면 나머지 큐비트는 프로세서에 설정되어 있는 문제에 초점을 맞추고 있습니다.
Nature의 코멘트에 의한 분석으로서,
이러한 시스템에 큐비트를 추가하는 것은 사물을 복잡하게 할 것이 확실하며,
대규모 시스템에서 동일한 충실성을 유지하는 것은 어렵습니다.
또한 대규모 시스템 간에 큐비트를 연결하는 방법을 찾기도 어렵습니다.
그러나, 종래의 컴퓨터와 같은 실증 끝난 기술을 사용해, 컴팩트한 양자 컴퓨터를 구축할 수 있다고 하는 약속은,
이것들이 해결해 볼 가치가 있는 문제임을 시사합니다.
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