trapped-ion technology
공학계의 거인인 허니웰은 2020년에 양자 컴퓨팅 경쟁에 뛰어들었습니다.
현재, 그 회사는 자사 장치가 어떻게 작동하는지에 대한 구체적인 세부 사항을 잡지에 최초로 제공했습니다.
주요 경쟁사인 구글과 IBM이 초전도 큐비트에 의존하는 것과 달리,
허니웰은 장치에 전력을 공급하기 위해 갇힌 이온을 사용합니다.
비록 이 기술은 오랜 역사를 가지고 있고 대부분의 초기 양자 컴퓨팅 실험은 이 접근 방식에 의존했지만, 장치를 몇 큐비트 이상으로 확장하는 것에 어려움이 있어 대안들에 의해 가려져 있었습니다.
이 기술은 이온이라는 대전 입자의 양자상태에서 정보를 인코딩하는 데 의존하는데,
이온은 전자기장을 이용해 진공에서 뜹니다.
이 큐비트는 초전도 사촌들에 비해 많은 이점을 가지고 있습니다: 그들은 양자 상태를 훨씬 더 오래 유지하고, 오류를 덜 만들고, 단지 가장 가까운 이웃이 아닌 많은 큐비트와 쉽게 상호작용합니다.
다만 하나의 트랩으로 제한할 수 있는 이온이 너무 많아 기존 기기의 크기에 한계가 있습니다.
그것들은 많은 큐비트와 상호작용할 수 있지만, 초전도 장치보다 훨씬 느립니다.
2021년 3월, 허니웰은 이러한 문제들을 해결하고 역사상 가장 강력한 양자 컴퓨터를 만들었다고 주장하면서 양자 컴퓨팅 분야에 뛰어들었습니다.
마침내, 그들은 Nature에 게재된 논문에서 그들이 어떻게 그것을 했는지에 대한 뚜껑이 열렸습니다.
이 회사의 기계는 2002년에 처음 제안된 설계에 기반하여 제작되었으며,
이는 많은 기술적 제한을 없앨 수 있습니다.
Nature에 보고된 이 장치는 이터븀-171 원자의 열에서 최대 6 큐빗을 특징으로 합니다.
그러나 기존의 갇힌 이온 컴퓨터와는 달리 하나의 정전장(electrostatic field)을 사용하여 고정되지는 않습니다.
장치의 198개의 전극은 필드를 동적으로 변화시키기 위해 개별적으로 제어될 수 있으며, 큐비트가 위아래로 움직이면서 상호작용할 수 있습니다.
이를 통해 모든 큐비트가 상호 작용할 수 있습니다.
이는 기계가 구현할 수 있는 알고리즘의 복잡성에 상당한 영향을 미칩니다.
연결성의 이러한 중요성은 실제로 Honeywell의 경쟁사인 IBM이 같은 분야의 진행률을 추적하기 위해 양자 볼륨이라고 불리는 측정값을 도입했을 때 처음 제기되었습니다.
단순히 장치에 대기열 비트를 추가하는 것은 오류가 발생할 가능성이 적고 실제로 유용한 작업을 수행할 수 있는 경우에만 유용합니다.
그래서 IBM 연구원들은 양자 컴퓨터의 진정한 테스트는 장치가 특정한 신뢰성 기준을 가지고 구현할 수 있는 가장 복잡한 회로의 크기라고 제안했습니다.
그 결과 나온 측정 기준을 양자 볼륨이라고 하는데, IBM은 지난해 27개의 큐비트 프로세서로 64개의 볼륨을 달성했습니다.
그러나 Honeywell은 논문에서 장치가 훨씬 더 연결되어 있고 오류율이 낮기 때문에 이 숫자는 단지 6 큐비트와 일치할 수 있다는 것을 보여주었습니다.
연구가 수행된 이후, 그 회사는 장치에 최대 10 큐비트를 가지고 있었고,
그 결과는 아직 동료 검토를 거치진 않았지만,
이제 512개의 양자 볼륨을 달성할 수 있다고 말합니다.
회사는 또한 훨씬 더 많은 큐비트로 설정을 확장하는 방법을 개략적으로 설명했습니다.
현재 리니어 시스템은 최대 40큐빗의 용량을 갖췄지만, 이미 레이스 트랙 모양이며 상당한 용량을 담을 수 있는 후속 장치를 테스트 중입니다.
다음 단계는 트랩 그리드를 특징으로 하는 프로세서를 만들고 그 후 이러한 그리드의 많은 부분을 통합하는 것입니다.
그러나 Ars Technica에서 John Timmer가 지적했듯이,
갇힌 이온 컴퓨터 분야에서 중요한 발전을 이룬 것은 Honeywell만이 아닙니다.
Startup IonQ는 레이저 빔 어레이를 이용해 이온을 연결하는 프로세서를 만들었습니다.
초기 11 큐비트 프로토타입은 양자 볼륨 32개를 달성했습니다.
이제 회사는 시스템 오류를 줄이면서 큐비트의 수를 32개로 늘렸다고 말하니다.
결과는 아직 독립적으로 검증되지 않았지만, IonQ는 이것이 400만 개의 양자 볼륨을 생산할 수 있다고 주장합니다.
어떤 접근 방식이 궁극적으로 가장 잘 작동하는지는 불분명하지만, 이러한 장치들이 가장 강력한 고전적인 컴퓨터들을 능가하기까지는 아직 갈 길이 멉니다.
하지만 확실한 것은 갇힌 이온 기술이 이제 양자 경쟁에서 심각한 경쟁자가 되었다는 것입니다.
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