요약:
구글은 구글 양자 인공지능 팀이 양자 컴퓨팅의 주요 병목 현상을 성공적으로 극복했다고 발표했습니다. 윌로우 프로세서에서 '마법 상태 배양' 솔루션이 가능하다는 사실을 입증했으며, 이 기술을 사용하지 않을 때보다 오류가 약 40배 감소했습니다. 이 획기적인 결과는 오늘 사이언스(Science) 저널에 게재되었으며 양자 컴퓨팅의 대규모 실제 적용을 촉진하는 핵심 단계입니다.
마법의 병목 현상
양자 컴퓨팅이 실용적인 엔지니어링 방향으로 자리잡기 훨씬 전인 2004년 초에 연구자들은 골치 아픈 병목 현상을 예측했습니다.
범용 양자컴퓨팅
을 실현하고 싶다 , 실용적인 가치가 있는 프로그램을 실행하려면 특정 양자 연산 집합을 수행할 수 있어야 합니다. 이는 먼저 소위 "마법 상태"를 준비함으로써 달성됩니다. 이러한 양자 상태는 고전적인 계산에 필요한 것 이상의 양자 작업을 생성할 수 있기 때문에 그렇게 명명되었습니다.그러나 여기에는 문제가 있습니다. 오류가 수정된 고품질 몬스터를 생산하는 것은 극도로 자원 집약적입니다. 일부 추정에 따르면 양자 컴퓨터는 마법 상태를 생성하는 데 전체 컴퓨팅 성능의 최대 95%를 사용할 수 있으며 실제 계산을 위한 리소스는 거의 남지 않습니다. 또 다른 어려움이 있습니다. 마법 상태는 일단 사용되면 재사용이 불가능하고 희소한 자원입니다.
따라서 지난 20년 동안 과학 연구자들은 마법 상태 준비에 드는 자원 비용을 지속적으로 줄여 왔습니다.
이러한 혁신을 달성하는 방법
2024년 Google Quantum AI 연구원인 Craig Gidney, Noah Schulti, Cody Jones는 문헌에서 아이디어를 빌려 최적화하여 현재
마법 상태 배양
이라고 불리는 것을 개발했습니다. 기술. 이 프로그램을 통해 자원 소모가 크게 줄어들 것으로 예상됩니다. 핵심 아이디어는 재배 과정이 필터와 같다는 것입니다. 시끄러운 양자 상태가 양자 칩의 작은 영역에 주입되고 고도로 조정된 일련의 측정이 수행되어 오류 문제를 해결하고 자격을 갖추지 못한 샘플을 제거합니다. Craig 팀은 이 방법을 사용하면 순도가 매우 높고 오류가 낮은 양자 상태를 "개발"하는 것이 가능하며 동시에 이를 더 큰 규모의 실용적인 코딩 형태로 변환할 수 있음을 입증했습니다.이 솔루션은 탁월한 이론적 결과를 제공합니다. 양자 하드웨어에서 구현 가능하다면 실무에 필요한 양자컴퓨터 규모를 획기적으로 줄일 수 있다.
많은 신기술 연구 및 개발과 마찬가지로 프로젝트 구현에도 일련의 기술 혁신과 엔지니어링 연구가 필요합니다.
한 가지 예: Google 양자 AI 연구원인 Emma Rosenfield는 재배 프로토콜을 처음 테스트할 때 물리 법칙을 거스르는 것처럼 보이는 데이터를 관찰했습니다. 몇 개월에 걸쳐 문제 해결, 시뮬레이션, 동료 토론, 일관성 확인을 거친 후 그녀는 문제가 팀에서 일반적으로 사용되는 측정 방법의 잘못된 가정에서 비롯된다는 사실을 발견했습니다. 특히 실험실 전기 장비의 드리프트 및 온도 변동으로 인해 발생하는 일종의 소음은 벤치마크 테스트 결과의 유효성을 방해합니다. 팀은 이론적 틀과 엔지니어링 계획을 동시에 조정해야 합니다. 연구팀은 소음의 영향을 약화시키기 위해 시스템에 추가적인 제어 방법을 추가했습니다. 또한 문제를 근본적으로 해결하기 위한 측정 도구로 기술 자체를 사용하는 일련의 벤치마크 테스트 방법을 만들었습니다.
이 성과와 더 많은 알고리즘 혁신 및 엔지니어링 솔루션을 바탕으로 Google은 양자 측정 기술을 새로운 최고 수준으로 끌어올렸습니다. Google Quantum AI의 Willow 프로세서에서 이 프로토콜은 재배 처리가 없는 양자 상태에 비해 최대 40배의 오류 압축을 달성합니다. 그 결과 T-상태 논리 충실도는 99.99%라는 사상 최고치를 달성했습니다.
이 결과는 현재 사이언스(Science)에 게재되었습니다. 양자 컴퓨팅에서 가장 심각한 리소스 병목 현상 중 하나에 대한 실행 가능한 솔루션을 시연한 것은 이번이 처음이며, Google이 이 핵심 마법 상태를 효율적으로 준비할 수 있음을 실제 하드웨어에서 입증한 것입니다.
연구 결과 및 향후 전망
Google은 또한 Craig와 다른 사람들이 제안한 이론이 양자 컴퓨팅 아키텍처에 적용될 수 있음을 처음에 확인했습니다. 팀은 "색상 코드"(마법 상태 배양에 매우 적합한 새로운 유형의 양자 오류 정정 코드)와 "표면 코드"(보다 성숙한 오류 정정 방식) 사이의 전환을 실현하여 거리가 3인 색상 코드 양자 상태를 거리 5인 표면 코드에 접목했습니다. 이 접목 프로토콜은 2024년 이론 논문에서 처음 나왔습니다. 이 실험을 통해 정제된 양자 상태가 하드웨어에서 안정적으로 생존하고 원활하게 전송될 수 있음을 확인했습니다.
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