미래에는 양자 컴퓨터가 모든 종류의 문제를 해결할 것을 약속합니다. 예를 들어, 보다 지속 가능한 재료, 신약으로 이어질 수 있으며 심지어 기초 물리학의 가장 어려운 문제도 해결할 수 있습니다. 그러나 오늘날 사용되는 기존 컴퓨터에 비해 원시 양자 컴퓨터는 오류가 발생하기 쉽습니다. 연구자들이 특별한 양자 지우개를 만들어 오류를 없앨 수 있다면 좋지 않을까요?
잡지에 보도 자연, 캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology)이 이끄는 연구원 그룹은 일종의 양자 지우개를 최초로 시연했습니다. 물리학자들은 “삭제” 오류로 알려진 양자 컴퓨팅 시스템의 오류를 식별하고 수정할 수 있음을 보여줍니다.
새로운 연구의 공동 저자이자 연구실 대학원생인 Adam Shaw는 “보통 양자 컴퓨터에서 오류를 감지하는 것은 매우 어렵습니다. 왜냐하면 오류를 찾는 것만으로도 더 많은 오류가 발생하기 때문입니다.”라고 말했습니다. 마누엘 엔드레스, 캘리포니아 공과대학 물리학 교수. “그러나 우리는 신중한 제어를 통해 특정 오류를 찾아내고 결과 없이 정확하게 지울 수 있음을 보여줍니다. 따라서 이름이 삭제됩니다.”
양자 컴퓨터는 아원자 세계를 지배하는 물리 법칙에 의존합니다. 얽힘분자들이 직접적으로 접촉하지 않고 서로 붙어 있는 상태를 유지하며 서로 모방하는 현상이다. 새로운 연구에서 연구원들은 중성 원자 배열, 즉 전하가 없는 원자를 사용하는 일종의 양자 컴퓨팅 플랫폼에 중점을 두었습니다. 특히 그들은 레이저 빛으로 만들어진 “핀셋” 안에 갇혀 있는 알칼리 토류의 중성 원자를 조작했습니다. 원자는 인접한 원자가 상호 작용하기 시작하는 고에너지 상태 또는 “Rydberg” 상태로 흥분됩니다.
이번 연구의 또 다른 공동 저자이자 현재 프랑스의 PASQAL이라는 양자 컴퓨팅 회사에서 일하고 있는 Caltech의 전 박사후 연구원인 Pascal Scholl은 “우리 양자 시스템의 원자는 서로 대화하고 얽힘을 생성합니다.”라고 설명합니다.
얽힘은 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 뛰어난 성능을 발휘할 수 있게 해줍니다. “그러나 자연은 이러한 양자 얽힌 상태에 머무르는 것을 좋아하지 않습니다.”라고 Scholl은 설명합니다. “결국 전체 양자 상태를 깨뜨리는 오류가 발생합니다. 이러한 얽힌 상태는 사과로 가득 찬 바구니로 생각할 수 있으며 원자는 사과입니다. 시간이 지남에 따라 일부 사과는 썩기 시작하고 그렇지 않은 경우 바구니에서 사과를 제거하고 새 사과로 교체하면 빨리 썩습니다. 이러한 오류 발생을 완전히 방지하는 방법은 명확하지 않으므로 현재 실행 가능한 유일한 옵션은 오류를 감지하고 수정하는 것입니다.
새로운 시스템은 결함이 있는 원자가 레이저에 부딪힐 때 형광을 발하거나 빛을 발하는 방식으로 오류를 감지하도록 설계되었습니다. Scholl은 “우리는 오류가 있는 위치를 알려주는 빛나는 원자의 이미지를 가지고 있으므로 이를 최종 통계에서 제외하거나 추가 레이저 펄스를 적용하여 효과적으로 수정할 수 있습니다.”라고 말합니다.
중립 원자 시스템에서 삭제 감지를 구현하는 이론이었습니다. Jeff Thompson이 처음 개발했습니다., 프린스턴 대학교 전기 및 컴퓨터 공학 교수와 그의 동료. 이 팀은 최근 실험실 실험에서도 이 기술을 시연했습니다.
오류를 제거하고 Rydberg 원자 시스템에서 오류를 찾아냄으로써 Caltech 팀은 전반적인 얽힘 속도 또는 정확도를 향상시킬 수 있다고 말합니다. 새로운 연구에서 팀은 1,000개의 원자 쌍 중 단 한 쌍만이 얽히지 않는다고 보고했습니다. 이는 이전에 달성한 것보다 10배 향상된 것이며 이 유형의 시스템에서 관찰된 가장 높은 얽힘 비율입니다.
궁극적으로 이러한 결과는 중성 Rydberg 원자 행렬을 사용하는 양자 컴퓨팅 플랫폼에 좋은 징조입니다. Xu는 “중성 원자는 가장 확장 가능한 유형의 양자 컴퓨터이지만 지금까지 고정밀 얽힘이 없었습니다.”라고 말했습니다.
새로운 자연 “라는 제목의 연구고해상도 Rydberg 양자 시뮬레이션에서 삭제 변환양자정보물질연구소(Institute for Quantum Information and Matter)를 통해 국립과학재단(NSF)의 자금 지원을 받거나 아이킴캘리포니아 공과대학(California Institute of Technology)에 기반을 두고 있습니다. 국방고등연구계획국; NSF 경력상; 공군 과학 연구실; NSF 양자 도약 챌린지 연구소; 에너지부의 양자 시스템 가속기; 대만-칼텍 펠로우십; 그리고 Troesh 박사후 연구원. 다른 Caltech 계열 작가로는 대학원생 Richard Ping-Xun Tsai; TRISH의 물리학 박사후 연구원인 Ran Finkelstein; 최준희 전 박사후 연구원, 현재 스탠포드 대학교 교수.
"트위터를 통해 다양한 주제에 대한 생각을 나누는 아 동율은 정신적으로 깊이 있습니다. 그는 맥주를 사랑하지만, 때로는 그의 무관심함이 돋보입니다. 그러나 그의 음악에 대한 열정은 누구보다도 진실합니다."