New swap-gate breakthrough puts superpowerful quantum computing within reach
The researchers achieved 99.1 percent precision for their swap gates featuring 17,000 qubit pairs.
Researchers at ETH Zurich have taken us a step closer to quantum supercomputers after achieving a major breakthrough with neutral-atom qubits, making them more stable during operation than ever before. To do so, the research team also had to develop a new type of quantum operation, which advances quantum computing.
https://interestingengineering.com/innovation/quantum-swap-gate-breakthrough
연구진은 17,000개의 큐비트 쌍을 사용하는 스왑 게이트에서 99.1%의 정밀도를 달성했습니다.
취리히 연방 공과대학(ETH Zurich) 연구진이 중성 원자 큐비트를 개발하는 데 획기적인 진전을 이루어 양자 슈퍼컴퓨터 구현에 한 걸음 더 다가섰습니다. 이번 연구를 통해 큐비트의 작동 안정성을 이전보다 훨씬 높였으며, 양자 컴퓨팅의 발전을 이끌어낼 새로운 유형의 양자 연산 방식 또한 개발했습니다.
양자 컴퓨터는 기존 실리콘 기반 컴퓨터로는 달성할 수 없는 속도로 연산을 수행할 수 있게 해주는 차세대 컴퓨팅 기술로 여겨집니다. 양자 컴퓨터의 이러한 능력의 핵심은 0, 1, 또는 이 둘의 조합인 중첩 상태로 존재할 수 있는 양자 비트(큐비트)입니다.
양자 컴퓨터는 큐비트를 이러한 상태들 사이에서 전환하고 병렬로 연산을 수행할 수 있도록 하는 연산 게이트를 사용합니다. 양자 연산에 필수적인 게이트 중 하나는 두 큐비트가 양자 상태를 서로 교환할 수 있도록 하는 스왑 게이트입니다.
스왑 게이트는 터널링 효과를 이용하여 작동하는데, 이 효과로 인해 입자는 고전 물리학으로는 설명할 수 없는 방식으로 장애물을 통과할 수 있습니다. 양자 컴퓨터 또한 원자의 고도로 여기된 전자 상태를 이용합니다. 이 모든 것은 큐비트를 구성하는 원자를 공중에 띄우는 레이저의 강도와 조절 가능성에 달려 있습니다.
레이저의 타이밍이나 강도에 변동이 생기면 시스템에 오류가 발생하여 이러한 게이트가 불안정해집니다. 기존 비트의 오류율은 보통 1조분의 1 정도이지만, 큐비트에서는 오류 발생률이 1,000분의 1에 달할 정도로 더 흔합니다.
이를 극복하기 위해 취리히 연방 공과대학(ETH Zurich)의 연구원들은 레이저 빔이 교차하여 만들어진 인공 '빛의 결정'을 통해 원자가 이동하는 경로를 이용하는 기하학적 위상이라는 더욱 미묘한 효과를 사용했습니다.
"레이저 광은 단색 전자기 복사에 불과합니다."라고 취리히 연방 공과대학 양자 전자 연구소의 박사후 연구원인 얀 헨드릭 키퍼는 주요 과학 매체에 밝혔습니다. "중성 원자를 이 전기장 안에 놓으면 쌍극자 모멘트가 유도되어 원자를 제자리에 고정할 수 있는 힘이 발생합니다."
기하학 기반 양자 스왑
이러한 장치에 고정된 두 개의 칼륨 원자를 양자파가 겹칠 정도로 가까이 가져오면, 두 원자의 결합된 상태는 상대적인 움직임에 따라 변화합니다. 출력은 더 이상 원자의 움직임 속도나 레이저의 출력에 의존하지 않고, 시스템의 전체 경로에 따라 결정되므로 외부 교란에 덜 민감하고 따라서 더 안정적입니다.
연구팀은 17,000개의 큐비트 쌍으로 구성된 시스템에서 이 접근 방식의 우수성을 입증했습니다. 연구진은 1밀리초(1/1000초) 이내의 속도로 작동하는 스왑 게이트를 통해 99.1%의 정밀도를 달성했습니다.
키퍼는 자신들의 접근 방식이 기존 연구자들이 예상했던 수백만 개의 큐비트가 아닌 단 1만 개의 큐비트만으로도 쇼어 알고리즘과 같은 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있을 것이라고 낙관하고 있습니다. 이러한 양자 슈퍼컴퓨터가 당장 상용화되지는 않겠지만, 이번 연구는 그러한 현실에 한 걸음 더 다가서게 해 줍니다.
연구 결과는 네이처(Nature) 에 발표되었습니다 .
https://interestingengineering.com/innovation/quantum-swap-gate-breakthrough
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