양자 컴퓨팅의 큰 도약은 동적 재구성이 가능하고 2큐비트 얽힌 게이트에서 낮은 오류율을 보여주는 Harvard의 새로운 플랫폼을 통해 이루어졌습니다. 최근 네이처(Nature) 저널에 발표된 논문에서 강조된 이 획기적인 발전은 양자 오류 정정 문제를 극복하는 데 있어 상당한 진전을 보여 하버드의 기술을 다른 선도적인 양자 컴퓨팅 방법과 동등한 수준으로 끌어올렸습니다. MIT 및 다른 기관과 공동으로 수행한 이 작업은 확장 가능한 오류 수정 양자 컴퓨팅을 향한 중요한 단계입니다.

하버드 팀이 개발한 오류 감소 방법은 기술 확장에 대한 중요한 장애물을 해결합니다.

양자 컴퓨팅 기술은 오늘날 가장 발전된 슈퍼컴퓨터를 훨씬 능가하는 기능을 통해 전례 없는 속도와 효율성을 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 이 혁신적인 기술은 주로 오류 정정의 본질적인 한계로 인해 널리 홍보되거나 상용화되지 않았습니다. 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터와 달리 인코딩된 데이터를 반복적으로 복사하여 오류를 수정할 수 없습니다. 과학자들은 다른 방법을 찾아야 합니다.

이제 Nature의 새로운 논문은 오랫동안 지속되어 온 양자 오류 수정 문제를 해결할 수 있는 하버드 대학교의 양자 컴퓨팅 플랫폼의 잠재력을 보여줍니다.

하버드 팀을 이끄는 것은 양자 광학 전문가이자 조슈아 앤 베스 프리드먼 대학교 물리학 교수이자 하버드 양자 이니셔티브(Harvard Quantum Initiative)의 공동 책임자인 미하일 루킨(Mikhail Lukin)입니다. Nature에 보고된 작업은 Harvard University, MIT와 보스턴에 본사를 둔 QuEra Computing 회사 간의 공동 작업입니다. Markus Greiner의 연구 그룹인 George Vasmer Leverett 물리학 교수도 이 작업에 참여했습니다.

수년간의 작업 끝에 Harvard 플랫폼은 매우 차갑고 레이저로 갇힌 루비듐 원자 배열을 기반으로 구축되었습니다. 각 원자는 비트(양자 세계에서는 "큐비트"라고 함)와 같으며 매우 빠른 계산을 수행할 수 있습니다.

팀의 주요 혁신은 계산 중에 원자를 이동하고 연결하여(물리학 용어로 "얽힘"이라고 함) 레이아웃을 동적으로 변경할 수 있도록 "중성 원자 배열"을 구성하는 것입니다. 얽힌 원자 쌍에 대한 연산을 2큐비트 논리 게이트라고 하며, 이는 컴퓨팅 성능의 단위입니다.

양자 컴퓨터에서 복잡한 알고리즘을 실행하려면 많은 게이트가 필요합니다. 그러나 이러한 게이트 작업은 오류가 발생하기 쉬우며 오류가 누적되면 알고리즘을 쓸모없게 만들 수 있습니다.

새로운 논문에서 팀은 2큐비트 얽힘 게이트가 매우 낮은 오류율로 거의 완벽하게 작동한다고 보고했습니다. 그들은 0.5% 미만의 오류율로 원자를 얽히게 하는 능력을 처음으로 입증했습니다. 운영 품질 측면에서 이는 초전도 큐비트 및 트랩된 이온 큐비트와 같은 다른 주요 유형의 양자 컴퓨팅 플랫폼과 동등한 기술적 성능을 제공합니다.

강점과 미래가능성

그러나 Harvard의 접근 방식은 큰 시스템 크기, 효율적인 큐비트 제어 및 원자 레이아웃을 동적으로 재구성하는 기능으로 인해 이러한 경쟁사에 비해 상당한 이점을 가지고 있습니다.

제1저자인 Simon Evered는 하버드 그리핀 예술과학대학원의 Lukin 연구 그룹 학생입니다. 그는 "우리의 현재 오류율은 원자를 논리 큐비트로 결합하면(정보는 구성 요소 원자 사이에 비국소적으로 저장됨) 양자 오류가 수정된 논리 큐비트의 오류가 개별 원자의 오류보다 낮을 수 있을 만큼 충분히 낮습니다."라고 말했습니다.

하버드 팀의 연구 진행 상황은 전 하버드 대학원생인 Jeff Thompson(현재 프린스턴 대학)과 전 하버드 박사후 연구원 Manuel Endres(현재 Caltech)가 주도한 다른 혁신과 마찬가지로 Nature 지에 보고되었습니다. 종합하면, 이러한 개발은 양자 오류 수정 알고리즘과 대규모 양자 컴퓨팅의 기반을 마련합니다. 이 모든 것은 중성 원자 배열의 양자 컴퓨팅이 큰 가능성을 보여주고 있음을 의미합니다.

Lukin은 "이러한 기여는 확장 가능한 양자 컴퓨팅에서 특별한 기회의 문을 열고 전체 분야의 미래를 위한 정말 흥미로운 시간을 만들어줍니다"라고 말했습니다.

참고 자료SimonJ.Evered, DolevBluvstein, MarcinKalinowski, SepehrEbadi, TomManovitz, HengyunZhou, SophieH.Li, AlexandraA.Geim, ToutT.Wang, Nishad Maskara, Harry Levine, Giulia Semeghini, Markus Greiner, Vladan Vuletić 및 Mikhail의 "중성 원자 양자 컴퓨터의 고충실도 병렬 얽힘 게이트" D. Lukin, 2023년 10월 11일, 자연.

DOI:10.1038/s41586-023-06481-y

컴파일된 소스: ScitechDaily