이 학교 판전 웨이, 루차 오양 등으로 구성된 연구진은 중국과학원 상하이 마이크로 시스템 소 국가 병렬컴퓨터공학 기술 연구센터와 협력하여 76개 광자 100개 모델을 구축한 양자 계산 원형기 '9장'으로 실용적 전망을 가진 '가우스 보스 샘플링' 과제의 빠른 해결이라는 과제의 돌파로 우리나라가 세계 제2의 '양자 우월성'을 실현한 국가 관련 논문을 12월 4일 온라인에 발표했다.
양자컴퓨터는 원리적으로 매우 빠른 병렬 계산 능력을 갖추고 있어 특정 알고리즘을 통해 사회경제적 가치가 큰 일부 문제(암호해독, 빅데이터 최적화, 재료 설계, 약물 분석 등)에 비해 고전적인 컴퓨터가 지수 수준의 가속도를 실현할 수 있을 것으로 기대된다. 현재 양자컴퓨터 개발은 세계 과학기술의 첨단의 최대 도전 중 하나가 되어 구미 선진국들의 각축전이 되고 있다.
판전 웨이 팀은 광양자 정보 처리 분야에서 줄곧 국제 선두를 차지하고 있는 2017년, 세계 최초로 초기의 고전 컴퓨터(ENIAC)를 능가하는 광양자 계산 프로토타입을 구축하여 2019년, 팀은 확실성 편진, 고순도, 고 완전 동성 및 고효율의 국제 최고 성능의 단 광자원으로 20광자 입력 60모델의 간섭 회로를 실현한 보색 추출하여 출력을 회복하였다. 48개 양자 비트 집도 힐버트 상태 공간 '양자 계산 우월성' 육박한다.
최근 이 팀은 고효율, 고전 동성, 극고 밝기 및 대규모 확장 능력을 동시에 갖춘 양자 광원을 자체 개발하고, 위상 안정성, 전 연통 랜덤 행렬, 포백 중합도 99.5%보다 우수하며, 98%의 비율로 100%를 자랑하는 100모델 간섭성, 상대 광정도 10-9 이내의 잠금 정확도, 고효율 100채널 초전도 나노선 단광자 검출기 등을 통해 76개 광선 구축에 성공했다. 구장은 중국 최초의 수학 전문 저서인 구장산술을 기념하기 위한 것으로 알려졌다.
광양자가 실물도를 간섭한다(왼쪽 아래는 광학 부분 입력, 오른쪽 아래는 쇄상 관로로, 위쪽은 모두 100개의 광학 모드로 각각 저 손실 싱글 모형 광섬유와 100 초전도 단광자 검출기로 연결된다).현재 최고의 명산 법인 '9장'은 세계 1위 슈퍼컴퓨터 '포악'보다 빠른 속도로 가우스 보손 샘플링을 처리하는 등 구글이 지난해 발표한 53비트 양자 계산기 '현령 몫'보다 100억 배 빠른 속도를 낸다.
또 가우스 보손 샘플링을 통해 입증된 양자 계산 우월성은 샘플 수에 의존하지 않고 구글의 53비트 랜덤 회선 샘플링 실험에서 양자 우월성이 샘플 수에 의존한다는 허점을 극복했다. 9장의 수출량 자형 공간 규모는 1030(현령목 수출량 자형 공간 규모 1016, 현재 전 세계 저장용량 1022)에 이른다.
9장 계량 자는 프로토타입 기광 로아 시스템 원리도(좌측 상단 레이저 시스템에 피크 출력 기초 펄스가 발생하고, 좌측 25개의 광원이 파라미터 하에서 전환 과정을 통해 50개의 싱글 모드 압축 상태를 발생시켜 우측 100 모드 광 양자 간섭 네트워크에 입력되며, 마지막으로 100개의 고효율 초전도 싱글 광자 검출기로 간섭계 출력 광량 자태를 탐지한다.
이 성과는 국제 양자 계산 연구에서 우리나라의 제1 포지션을 확고히 확립함으로써 미래에 중대한 실용 가치를 지닌 문제를 해결할 수 있는 규모화 양자 시뮬레이터의 실현을 위한 기술적 토대를 마련하였다. 이 밖에 '9장호'에 근거한 양자 계산기의 가우스 보손 샘플링 알고리즘은 도론, 기계 학습, 양자 화학 등의 분야에서 잠재적으로 응용되어, 후속적으로 발전할 것이다.
사이언스지의 원고 검토자는 이 작업을 하나의 가장 앞선 실험(a state-of-the-art experiment), 하나의 중대한 성취(a major achievement)라고 평가했다.연구진은 이 작업이 고전적인 알고리즘의 시뮬레이션 작업과 향상된 공간이 될 것으로 기대하고 있다.양자우월성 실험은 한 번에 이루어지는 작업이 아니라 더 빠른 계산법과 높아지는 양자계산 하드웨어 간의 경쟁이지만, 결국 양자병행성은 고전적인 컴퓨터가 따라올 수 없는 연산력을 낳는다.
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