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Jan 26, 2024

슈뢰딩거의 고양이가 더 나은 큐비트를 만드는 방법

2023년 6월 8일 이 기사

2023년 6월 8일

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작성자: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

양자 컴퓨팅은 양자 역학의 원리를 사용하여 데이터를 인코딩하고 정교화합니다. 즉, 언젠가는 현재 컴퓨터로는 다루기 힘든 컴퓨팅 문제를 해결할 수 있다는 의미입니다. 후자는 0 또는 1을 나타내는 비트로 작동하는 반면, 양자 컴퓨터는 양자 정보의 기본 단위인 양자 비트 또는 큐비트를 사용합니다.

양자 과학 및 공학 센터 소장인 빈센조 사보나(Vincenzo Savona) 교수는 “약물 발견부터 복잡한 생물학적 시스템과 재료의 최적화 및 시뮬레이션에 이르는 응용 분야를 통해 양자 컴퓨팅은 과학, 산업 및 사회의 광범위한 영역을 재편할 잠재력을 가지고 있습니다.”라고 말했습니다. EPFL에서.

기존 비트와 달리 큐비트는 0과 1 상태가 동시에 "중첩"되어 존재할 수 있습니다. 이를 통해 양자 컴퓨터는 여러 솔루션을 동시에 탐색할 수 있어 특정 계산 작업에서 속도가 훨씬 빨라질 수 있습니다. 그러나 양자 시스템은 섬세하고 환경과의 상호 작용으로 인해 발생하는 오류에 취약합니다.

Savona는 "이로부터 큐비트를 보호하거나 오류가 발생한 후 오류를 감지하고 수정하는 전략을 개발하는 것은 대규모의 내결함성 양자 컴퓨터를 개발하는 데 매우 중요합니다"라고 말합니다. EPFL 물리학자 Luca Gravina 및 Fabrizio Minganti와 함께 오류에 대한 고급 복원력을 위한 "중요한 슈뢰딩거 고양이 코드"를 제안하여 획기적인 발전을 이루었습니다. 이 연구는 양자 컴퓨터의 신뢰성에 혁명을 일으킬 수 있는 새로운 인코딩 체계를 소개합니다.

1935년에 물리학자 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger)는 당시 널리 퍼져 있던 양자 역학에 대한 비판으로 사고 실험, 즉 코펜하겐 해석을 제안했습니다. 슈뢰딩거의 실험에서 고양이 한 마리를 독약과 방사성 물질이 담긴 플라스크가 담긴 밀봉된 상자에 넣었습니다. 방사성 소스의 단일 원자가 붕괴되면 가이거 계수기에 의해 방사능이 감지되고 플라스크가 깨집니다. 독이 방출되어 고양이가 죽습니다.

양자역학에 대한 코펜하겐의 관점에 따르면, 만약 원자가 처음에 중첩되어 있다면 고양이는 동일한 상태를 물려받아 살아 있는 것과 죽은 것이 중첩된 상태에 있게 됩니다. "이 상태는 거시적 규모에서 실현된 양자 비트의 개념을 정확하게 나타냅니다."라고 Savona는 말했습니다.

지난 몇 년 동안 과학자들은 슈뢰딩거 고양이로부터 영감을 얻어 "슈뢰딩거 고양이 코드"라는 인코딩 기술을 구축했습니다. 여기서 큐비트의 0 및 1 상태는 고양이의 죽은 상태 또는 살아있는 상태와 유사하게 공진 공동에서 진동하는 전자기장의 두 반대 위상으로 인코딩됩니다.

Savona는 "슈뢰딩거 고양이 코드는 과거 두 가지 서로 다른 접근 방식을 사용하여 실현되었습니다"라고 설명합니다. "하나는 캐비티의 불협화음 효과를 활용하고 다른 하나는 신중하게 설계된 캐비티 손실에 의존합니다. 우리 작업에서 우리는 두 세계의 장점을 결합한 중간 체제에서 작동하여 두 가지를 연결했습니다. 이전에는 결실이 없는 것으로 여겨졌지만 이 하이브리드 체제는 결과적으로 오류 억제 기능이 향상됩니다." 핵심 아이디어는 중요한 고양이 코드의 '중요한' 부분이 가리키는 단계 전환의 임계점 가까이에서 작동하는 것입니다.

중요한 Cat 코드에는 추가적인 이점이 있습니다. 이는 무작위 주파수 이동으로 인해 발생하는 오류에 대한 탁월한 저항력을 나타내며, 이는 종종 다중 큐비트와 관련된 작업에 심각한 문제를 야기합니다. 이는 주요 문제를 해결하고 양자 컴퓨터를 구축하기 위한 최소 요구 사항인 상호 상호 작용하는 여러 큐비트가 있는 장치를 실현할 수 있는 길을 열어줍니다.