새로운 연구에 따르면, 네 가지 다른 방법을 사용하여 단일 원자에 데이터를 저장하면 주어진 공간에 더 많은 양자 처리 능력을 넣을 수 있습니다. 이 접근 방식을 통해 더욱 강력하고 제어하기 쉬운 양자 컴퓨터를 구현할 수 있습니다.
기존 컴퓨터는 0이나 1의 형태로 정보를 처리하고 저장할 수 있는 반면, 양자컴퓨터는 0이나 1의 형태로 정보를 처리하고 저장하는 동시에 둘의 중첩을 처리하고 저장할 수 있다. 양자비트(큐비트) 수가 증가할수록 양자컴퓨터의 처리 능력은 기하급수적으로 증가해 일반 컴퓨터가 처리하기에는 너무 복잡한 문제도 해결할 수 있게 된다.
문제는 특히 양자 컴퓨터가 점점 더 많은 큐비트를 사용하기 시작함에 따라 이러한 큐비트를 조작하는 것이 까다로울 수 있다는 것입니다. 그러나 이제 시드니에 있는 뉴사우스웨일스대학교(UNSW)의 과학자들은 매번 필요한 것에 따라 네 가지 방법으로 큐비트(이 경우 개별 원자)에 데이터를 쓰는 방법을 보여주었습니다.
원자는 안티몬이라는 원소로 실리콘 칩에 이식되어 내부의 실리콘 원자 중 하나를 대체할 수 있습니다. 이 무거운 원자가 선택된 이유는 핵이 이미 양자 데이터를 인코딩하는 데 사용할 수 있는 8개의 독립적인 양자 상태를 포함하고 있기 때문입니다. 또한 전자 자체에는 2개의 양자 상태가 있어 안티몬 원자의 총 양자 상태 수가 16개로 두 배로 늘어납니다(원래의 8개 양자 상태 각각은 전자의 2개 양자 상태와 쌍을 이룹니다). 다른 재료를 사용하여 16개 상태를 갖는 양자 컴퓨터를 만들려면 4개의 큐비트를 함께 결합해야 합니다.
하지만 이 연구에서 진정한 돌파구는 팀이 원자에 대한 데이터를 조작하기 위해 네 가지 다른 방법을 사용하는 방법이었습니다. 전자는 진동하는 자기장을 통해 제어될 수 있습니다. MRI 기계에 사용되는 것과 같은 자기 공명 방법은 원자핵의 스핀을 조작할 수 있습니다. 전기장은 원자핵을 제어하는 데에도 사용될 수 있습니다. 마지막으로, "플립핑 비트"라는 기술은 전기장의 도움으로 핵과 전자를 제어할 수 있습니다.
연구팀은 이 연구가 더 작은 공간에 더 많은 큐비트를 포함하여 양자 컴퓨터를 더욱 "밀도" 높게 만드는 데 도움이 될 것이라고 말했습니다.
이번 연구의 제1저자인 안드레아 모렐로(Andrea Morello) 교수는 "우리는 더 어렵고 느린 기술에 투자하고 있지만 그 중 하나는 처리할 수 있는 극도로 높은 정보 밀도입니다. 1제곱밀리미터에 2,500만 개의 원자가 있다는 것은 훌륭하지만 하나씩 제어해야 합니다. 우리는 자기장, 전기장 또는 이들의 조합을 사용하여 원자를 제어할 수 있는 유연성을 가지고 있어 시스템을 확장할 때 많은 옵션을 제공할 것입니다."라고 말했습니다.
다음으로 팀은 이러한 원자를 사용하여 논리적 큐비트를 인코딩하여 궁극적으로 보다 실용적인 양자 컴퓨터의 길을 열 계획입니다.
이번 연구는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 저널에 게재됐다.