오늘날 모든 헤드라인을 장식하는 양자 컴퓨터는 Google 및 IBM의 것과 같은 초전도 큐비트 또는 IonQ 및 Honeywell의 것과 같은 트랩 된 이온을 사용하여 만들어지는 경향이 있다. 그러나 그들의 인상적인 업적에도 불구하고, 그들은 방 전체를 차지하고 세계에서 가장 똑똑한 사람들에 의해 공들여 손으로 만들어져야 한다.

그렇기 때문에 다른 사람들은 우리가 실리콘으로 양자 프로세서를 구축하여 기존 컴퓨터 칩으로 만든 소형화 및 제조 혁신에 열광하는 이유이다. 이 분야에 대한 연구가 수년 동안 진행되어 왔으며 Intel이 양자 경쟁에서 택하고 있는 경로는 당연하다. 그러나 발전에도 불구하고 실리콘 큐비트는 유용성을 제한하는 높은 오류율로 인해 어려움을 겪었다.

양자 상태의 섬세한 특성은 오류가 이러한 모든 기술의 문제임을 의미하며, 이러한 기술이 상당한 규모에 도달하려면 오류 수정 계획이 필요하다. 그러나 이러한 계획은 오류율을 충분히 낮게 유지할 수 있는 경우에만 작동한다. 기본적으로 오류가 표시되는 것보다 더 빨리 수정할 수 있어야 한다.

오늘날 가장 유망한 오류 수정 체계 제품군은 "표면 코드"로 알려져 있으며 99% 이상의 충실도로 작동하려면 큐비트에서 또는 큐비트 간에 작업이 필요하다. 그것은 오랫동안 실리콘 큐비트를 피했지만, Nature의 최신호에서 세 개의 개별 그룹이 이 중요한 임계 값을 깨뜨렸다고 보고한다.

일본 RIKEN의 연구원과 델프트 공과대학교와 네덜란드 응용 과학 연구 기구(Organization for Applied Scientific Research)의 공동 작업인 QuTech의 첫 두 논문은 큐비트에 양자점을 사용한다. 이들은 단일 전자를 수용하는 반도체로 만들어진 작은 트랩이다. 정보는 소립자의 기본 특성인 전자의 스핀을 조작하여 큐비트에 인코딩할 수 있다.

두 그룹의 혁신의 핵심은 주로 큐비트 및 제어 시스템의 신중한 엔지니어링에 있었다. 그러나 QuTech 그룹은 산디아 국립 연구소의 연구원들이 개발한 진단 도구를 사용하여 시스템을 디버그하고 미세 조정했으며, RIKEN 팀은 작업 속도를 높이면 충실도가 향상된다는 사실을 발견했다.

뉴사우스웨일즈 대학의 세 번째 그룹은 실리콘 격자에 내장된 인 원자를 큐비트로 사용하여 약간 다른 접근 방식을 취했다. 이 원자는 대부분의 다른 큐비트에 비해 매우 오랜 시간 동안 양자 상태를 유지할 수 있지만 상호 작용을 하기가 어렵다는 단점이 있다. 이 그룹의 해결책은 두 개의 인 원자를 전자와 얽히게 하여 서로 대화할 수 있게 하는 것이었다.

세 그룹 모두 단일 큐비트 및 2큐비트 연산 모두에서 오류 수정 임계 값을 초과하는 99% 이상의 충실도를 달성할 수 있었다. 그들은 심지어 자신들의 시스템을 사용하여 몇 가지 기본적인 원리 증명 계산을 수행했다. 그럼에도 불구하고 실리콘으로 내결함성 양자 프로세서를 만들기에는 아직 멀었다.

고충실도 큐비트 연산을 달성하는 것은 효과적인 오류 수정을 위한 요구 사항 중 하나일 뿐이다. 다른 하나는 이 작업에 전념할 수 있는 많은 수의 예비 큐비트를 갖고 있고 나머지 큐비트는 프로세서에 설정된 문제에 초점을 맞추고 있다.

Nature의 동반 분석에 따르면 이러한 시스템에 더 많은 큐비트를 추가하는 것은 문제를 복잡하게 만들고 더 큰 시스템에서 동일한 충실도를 유지하는 것은 어려울 것이다. 대규모 시스템에서 큐비트를 연결하는 방법을 찾는 것도 도전이 될 것이다.

그러나 기존 컴퓨터와 동일한 검증된 기술을 사용하여 소형 양자 컴퓨터를 구축할 수 있다는 약속은 이러한 문제가 해결해 볼 가치가 있음을 시사한다.

이미지 출처: UNSW/토니 멜로프