양자 컴퓨팅의 미래, 인간이 만든 강력한 초전도 양자컴퓨터의 비밀은 가장 일반적인 전기통신 장비인 광섬유에 담겨 있을 수 있다.물리학자들은 금속전선 대신 전도섬유를 사용해 초전도 양자비트를 측정하고 제어해 100만 양자비트를 양자컴퓨터에 봉인할 수 있는 기초를 닦았다.
연구는 3월 24일 네이처에 'Control and readout of a superconducting qubit using a photonic lin'(광자사슬을 이용해 초전도 양자비트를 제어하고 읽어내는 것)라는 제목으로 발표됐으며 통신 저자는 볼더 국립표준기술연구소의 F.Lecocq다.
초전도 회로는 양자컴퓨터를 만드는 첨단 기술이지만 이 회로는 반드시 저온에서 작동해야 하는데 이를 실온전자기기에 연결하는 방안이 복잡하고 양자를 과열시키기 쉽다.표준의 범용 양자컴퓨터 한 대에 약 100만 개의 양자비트가 필요할 것으로 예상되지만 전통적 저온의대의 금속 배선은 최대 수천 대에 불과하다.
광섬유는 유리나 플라스틱 심이 있는 전기통신망의 골간으로 열전도가 필요 없는 다량의 광신호를 휴대할 수 있다.하지만 초전도 양자컴퓨터는 마이크로파 펄스를 사용해 정보를 저장하고 처리하기 때문에 빛을 정확하게 마이크로파로 변환해야 한다.
이 문제를 해결하기 위해 NIST 연구진은 광섬유를 다른 표준 모듈과 결합시켰는데, 이 모듈들은 단일 입자나 광자의 수준에서 빛을 변환, 전송 및 측정하고 그 후에 쉽게 마이크로파로 변환할 수 있다.이 시스템은 정상적으로 작동할 뿐 아니라 양자비트의 취약한 양자태를 유지했다.
이런 실험에서 연구진은 양자비트의 자연공진 주파수로 양자비트에 신호를 보내 필요한 양자 상태로 들어가게 했다.레이저의 출력이 충분할 때 양자 비트는 기태와 자극 상태 사이에서 진동한다.
연구진은 우선 레이저 출력을 억제한 상태에서 양자비트 진동을 시동한 뒤 광자 사슬을 이용해 강 쪽으로 약한 마이크로파 펄스를 보냈다.강 주파수는 98%의 시간 동안 양자비트의 상태를 정확하게 지시해 일반 동축선을 사용해 얻은 정밀도와 같다.
연구원들은 양자 프로세서를 구상했다. 이 프로세서에서 광섬유 중의 빛은 양자 비트 사이에서 신호를 전송하며, 각각의 광섬유는 양자 비트 사이에서 수천만의 신호를 전송할 능력이 있다.
출처: 전망망
