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[양자 컴퓨터] 중성 원자 양자 컴퓨터는 오늘날의 장치를 괴롭히는 많은 문제에 대한 솔루션을 약속하지만 기술은 아직 초기 단계이다. 이러한 장치를 제어하고 프로그래밍할 수 있는 능력의 최근 혁신은 그들이 전성기에 가까워지고 있음을 시사한다.

https://singularityhub.com/2022/04/25/neutral-atom-quantum-computers-edge-closer-to-reality-with-two-new-breakthroughs/

JM Kim | 기사입력 2022/04/27 [00:00]

[양자 컴퓨터] 중성 원자 양자 컴퓨터는 오늘날의 장치를 괴롭히는 많은 문제에 대한 솔루션을 약속하지만 기술은 아직 초기 단계이다. 이러한 장치를 제어하고 프로그래밍할 수 있는 능력의 최근 혁신은 그들이 전성기에 가까워지고 있음을 시사한다.

https://singularityhub.com/2022/04/25/neutral-atom-quantum-computers-edge-closer-to-reality-with-two-new-breakthroughs/

JM Kim | 입력 : 2022/04/27 [00:00]

오늘날 가장 잘 발달된 양자 기술은 IBM Google의 프로세서 모두를 구동하는 초전도 큐비트에 의존한다. 그러나 이러한 장치는 양자 우위를 입증하고 현재까지 가장 큰 범용 양자 컴퓨터를 구축하는 데 사용되었지만 몇 가지 제한 사항이 있다.

 

처음에는 절대 영도에 가깝게 냉각해야 하므로 부피가 크고 값비싼 극저온 장비가 필요하다. 양자 상태는 또한 매우 취약하며 일반적으로 마이크로초만 지속되며 가장 가까운 이웃과만 직접 상호 작용할 수 있으므로 구현할 수 있는 회로의 복잡성이 제한된다.

 

중성 원자 양자 컴퓨터는 이러한 문제를 회피한다. 그들은 레이저를 발사하여 초저온으로 냉각되는 개별 원자 배열로 만들어진다. 나머지 장치는 냉각이 필요하지 않으며 개별 원자를 마이크로미터 간격으로 배열할 수 있어 전체 시스템을 매우 컴팩트하게 만들 수 있다.

 

양자 정보는 매우 안정적인 저 에너지 원자 상태로 인코딩되므로 이러한 큐비트는 초전도 큐비트보다 훨씬 오래 지속된다. 이러한 안정성은 또한 큐비트가 상호 작용하기 어렵게 하여 대부분의 양자 알고리즘의 핵심인 얽힘을 생성하기 어렵게 만든다. 그러나 이러한 중성 원자는 레이저 펄스를 발사하여 리드버그 상태라고 하는 매우 들뜬 상태로 만들 수 있다.

 

이러한 유망한 특성에도 불구하고 이 기술은 지금까지 양자 프로세스를 이해하는 데 도움이 되지만 양자 알고리즘을 구현할 수 없는 양자 시뮬레이터에 주로 사용되었다. 그러나 이제 양자 컴퓨팅 회사인 QuEra ColdQuanta의 연구원들이 주도한 Nature의 두 연구에서 이 기술이 다중 큐비트 회로를 구현하는 데 사용될 수 있음을 보여주었다.

 

두 그룹은 약간 다른 방식으로 문제를 해결한다. QuEra 팀은 물리적으로 큐비트를 이동하기 위해 광학 핀셋으로 알려진 밀접하게 집중된 레이저 빔을 사용하여 장치의 연결에 대한 새로운 접근 방식을 취한다. 이를 통해 가장 가까운 큐비트에만 국한되지 않고 멀리 있는 큐비트와 쉽게 얽힐 수 있다. 반면에 ColdQuanta 팀은 큐비트 중 두 개를 동시에 리드버그 상태로 자극하여 큐비트를 얽혔다.

 

두 그룹 모두 복잡한 다중 큐비트 회로를 구현할 수 있었다. 그리고 영국 더럼 대학교의 Hannah Williams가 첨부된 논평에서 언급했듯이 두 가지 접근 방식은 상호 보완적이다.

 

큐비트를 물리적으로 뒤섞는 것은 작업 사이에 긴 간격이 있음을 의미하지만 유연한 연결을 통해 훨씬 더 복잡한 회로를 생성할 수 있다. 그러나 ColdQuanta 접근 방식은 훨씬 빠르고 여러 작업을 병렬로 실행할 수 있다. "이 두 그룹이 제시한 기술의 조합은 양자 컴퓨팅을 위한 강력하고 다재 다능한 플랫폼으로 이어질 것"이라고 Williams는 쓴다.

 

그러나 Williams에 따르면 더 나은 게이트 충실도(올바른 작동을 얼마나 일관되게 설정할 수 있는지)에서 최적화된 레이저 빔 모양과 더 강력한 레이저에 이르기까지 많은 개선이 필요하다.

 

그러나 두 회사는 이것이 오래 걸리지 않을 것이라고 확신하는 것 같다. QuEra는 작년에 이미 256개 원자 양자 시뮬레이터를 공개했으며 웹 사이트에 따르면 64큐비트 양자 컴퓨터가 "곧 출시될 것"이다. ColdQuanta 100큐비트 Hilbert 컴퓨터를 올해 사용할 수 있을 것이라고 약속하면서 보다 구체적이다.

 

중성 원자가 초전도 큐비트 및 갇힌 이온과 같은 업계 최고의 기술을 얼마나 빨리 따라잡을 수 있는지는 두고 볼 일이지만 유망한 새로운 경쟁자가 양자 경쟁에 뛰어든 것처럼 보인다.

 

이미지 출처: Unsplash Shahadat Rahman

 
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