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[양자컴퓨터] Google, 오류 수정 양자 컴퓨팅에 한 걸음 더 다가서다. 유용한 양자컴퓨터를 가로막는 가장 큰 장벽 중 하나는 오늘날의 장치가 얼마나 오류가 발생하기 쉬운가이다. 이제 Google은 이 문제를 수정하고 훨씬 더 큰 기기에 맞게 확장하는 방법에 대한 실험적 데모를 제공했다.

https://singularityhub.com/2021/07/19/google-gets-one-step-closer-to-error-corrected-quantum-computing/

JM Kim | 기사입력 2021/07/21 [00:00]

[양자컴퓨터] Google, 오류 수정 양자 컴퓨팅에 한 걸음 더 다가서다. 유용한 양자컴퓨터를 가로막는 가장 큰 장벽 중 하나는 오늘날의 장치가 얼마나 오류가 발생하기 쉬운가이다. 이제 Google은 이 문제를 수정하고 훨씬 더 큰 기기에 맞게 확장하는 방법에 대한 실험적 데모를 제공했다.

https://singularityhub.com/2021/07/19/google-gets-one-step-closer-to-error-corrected-quantum-computing/

JM Kim | 입력 : 2021/07/21 [00:00]

양자컴퓨터의 힘은 이국적인 양자 상태를 조작하는 능력에서 비롯되지만 이러한 상태는 매우 약하고 열이나 전자기장과 같은 노이즈 소스에 의해 쉽게 교란된다. 이로 인해 계산에 오류가 발생할 수 있으며 심각한 작업을 수행하기 전에 이러한 장치에 오류 수정 기능을 내장해야 한다는 것이 널리 받아들여지고 있다.  

문제는 오류를 확인하는 가장 확실한 방법이 양자컴퓨터의 한계를 벗어났다는 것이다. 일반 이진 비트와 달리 양자컴퓨터의 핵심에 있는 큐비트는 중첩(superposition)으로 알려진 상태로 존재할 수 있으며, 여기서 그 값은 0 1이 동시에 될 수 있다. 큐비트를 측정하려는 모든 시도는 이 상태를 0 또는 1로 축소하여 관련된 계산을 탈선시킨다.

 

이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 두 개 이상의 큐비트 상태를 본질적으로 연결하는 얽힘이라는 또 다른 양자 현상으로 눈을 돌렸다. 이것은 단일 중첩을 인코딩하는 하나의 "논리적 큐비트"를 만들기 위해 많은 큐비트를 함께 묶는 데 사용할 수 있다. 이론적으로 이것은 논리적 큐비트의 전체 값이 손상되지 않고 개별 물리적 큐비트의 오류를 감지하고 수정할 수 있도록 한다.

 

이러한 오류를 감지하기 위해 중첩을 인코딩하는 소위 "데이터 큐비트" "큐비트 측정"으로 알려진 다른 것들과 얽혀 있다. 이러한 큐비트를 측정함으로써 인접 데이터 큐비트에 오류가 발생했는지, 어떤 종류의 오류인지, 이론적으로 수정하는 것이 가능하다. 이 모든 것은 실제로 상태를 읽지 않고 논리적 큐비트의 중첩을 방해하지 않고도 가능하다.

 

이러한 아이디어가 새로운 것은 아니지만, 지금까지 구현하는 것은 어려운 것으로 판명되었으며 계획이 얼마나 효과적일 수 있는지에 대한 몇 가지 물음표가 여전히 남아 있다. 그러나 이제 Google 52큐비트 시카모어(Sycamore) 양자 프로세서에서 접근 방식을 시연했으며 미래의 내결함성 양자컴퓨터를 구축하는 데 도움이 되도록 확장해야 함을 보여주었다.

 

논리적 큐비트를 만드는 것은 다양한 물리적 큐비트를 함께 연결하고 주기적으로 오류를 확인하는 데 필요한 작업을 수행하는 안정기 코드에 의존한다. 네이처에 실린 논문에서 구글 연구원들은 어떻게 두 개의 서로 다른 코드를 시도했는지 설명한다.

 

팀은 5개의 물리적 큐비트로 선형 코드를 구현하기 시작한 다음 점차적으로 21개까지 확장했다. 결정적으로 처음으로 더 많은 큐비트를 추가하면 오류를 억제하는 능력이 기하급수적으로 증가한다는 것을 시연했다. 이는 시간의 길이를 암시한다. 사용 가능한 큐비트의 수가 증가함에 따라 논리적 큐비트가 크게 증가해야 유지될 수 있다.

 

그러나 아직 갈 길이 멀다. 처음에는 오류만 감지하고 잘못된 큐비트를 수정하는 프로세스를 실제로 테스트하지 않았다. 선형 코드는 비트 플립과 위상 플립이라는 두 가지 주요 유형의 오류를 감지할 수 있지만 두 가지를 동시에 수행할 수는 없다.

 

그들이 시도한 두 번째 코드는 두 종류의 오류를 모두 감지할 수 있지만 이러한 감지를 수정에 매핑하는 것이 더 어렵다. 이 설정은 또한 오류 자체에 더 취약하며 이 접근 방식이 오류 억제를 입증할 수 있으려면 물리적 큐비트의 성능이 향상되어야 한다.

 

그러나 이 격자 기반 접근 방식은 Google이 궁극적으로 미래의 대규모 양자 컴퓨터에서 오류 수정을 해결할 것이라고 믿는 "표면 코드"의 소규모 시도였다. 그리고 아직 거기까지는 아니지만 연구원들은 오류 억제가 가능한 임계 값에 닿을 수 있는 거리 내에 있다고 말한다.

 

그들은 실용적인 양자컴퓨팅에는 각 논리적 큐비트에 대해 1,000개의 물리적 큐비트가 필요할 것이며따라서 기본 하드웨어는 아직 갈 길이 멀다는 점을 지적함으로써 결론을 내렸다. 그러나 이 연구는 오류 수정의 기본 원칙이 건전하고 미래에 훨씬 더 큰 양자컴퓨터를 지원할 수 있음을 분명히 한다.

 
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