출처 : 바이두-cnBeta
발표 시간 : 03-23 21:28
모스크바 주립 과학 기술 대학 (NUST MISIS), 러시아 양자 센터 (RQC), 독일 Karlsruhe Institute of Technology (KIT)
공동 연구팀은 양자 우월성 연구에서 이미 상당한 진전을 이루었습니다. 저널 "npj Quantum Information"에 게재된 연구 논문에 따르면, 양자 센서는 큐 비트에서 2 레벨 에너지 수준 결함을 측정하고 조종할 수 있는 길을 열었음을 알 수 있습니다.
（출처 : Sergey Gnuskov / NUST MISIS）
SCITechDaily는 “양자 컴퓨팅에서 정보는 양자 컴퓨팅으로 인코딩 된다.”라고 말합니다. 고전적인 양자 역학 시뮬레이션 실험에서 큐 비트는 일관된 2 레벨 시스템을 가지고 있습니다.
현재 가장 중요한 큐 비트 모드는 Josephson Junction을 기반으로 한 초전도 큐 비트입니다. IBM과 Google 양자 프로세서에서 볼 수 있는 큐 비트와 같습니다.
동시에 과학자들은 환경의 영향을 받지 않고 정확한 측정 및 제어를 지원하는 보다 완벽한 큐 비트를 찾는 것을 포기하지 않았습니다. 초전도 큐 비트의 핵심은 나노 규모의 초전도체-절연체-초전도체 조셉슨 접합에 달려 있습니다. 일종의 터널 교차로로써 두 조각의 초전도 금속으로 만들어져 있습니다. 매우 얇은 절연층 (보통 산화 알루미늄)으로부터 분리됩니다.
그러나 현대 기술은 100 % 정확도로 큐 비트를 구성할 수 없기 때문에 소위 터널링 2 레벨 결함이 발생합니다. 이것은 초전도 양자 장치의 성능을 제한하고 계산 오류를 일으킬 수 있습니다.
정확한 진술은 결함으로 인해 큐 비트의 수명이 극도로 짧거나 일관되지 않게 된다는 것입니다. 산화 알루미늄과 초전도체 표면의 터널링 결함은 초전도 큐 비트의 파동 및 에너지 소모의 중요한 원인이며, 이는 궁극적으로 컴퓨터의 실행 시간을 제한했습니다.
연구 그림 - 1：실험 장비와 큐 비트 샘플
연구자들은 더 많은 물질적 결함이 발생할 수록 큐 비트 성능에 대한 제약이 커지며 이로 인해 더 많은 계산 오류가 발생한다는 것을 알았습니다. 좋은 소식은 새로 개발된 양자 센서 덕분에 양자 시스템의 각각의 2 레벨 결함을 측정하고 작동할 수 있다는 것입니다.
연구 그림 – 2 ：결함 스펙트럼
연구 공동 저자인 NUST MISIS 초전도 재료 실험실의 책임자이자 러시아 양자 센터의 연구 그룹 책임자인 Alexey Ustinov 교수는 다음과 같이 말했습니다. 센서 자체는 초전도 큐 비트에 속합니다. 단일 결함에 대해서 측정과 처리를 진행할 수 있습니다.
비록 이전에도 SAXS (Small Angle X-ray Scattering)와 같이 재료의 구조를 연구하는 전통적인 기술이 있었지만, 단점은 충분히 민감하지 않고 작은 단일 결함을 찾기 어렵다는 것입니다. 따라서 기존 기술을 기반으로 하는 솔루션은 최상의 큐 비트를 구성하는 데 도움이 되지 않습니다.
연구 그림 – 3 ：샘플 전매질 중의 TLS 상호 영향
연구진은 이 기술이 양자 재료의 터널 결함 구조와 저손실 전매질 분광학 연구에 새로운 길을 열 수 있기를 희망합니다. 초전도 양자 컴퓨터의 개발로 인해 이러한 저손실 전매질이 절실히 필요합니다.
이 연구와 관련한 자세한 내용은 오늘 출판한《npj Quantum Information》에 실렸습니다. 원 제목은 《Quantum sensors for microscopic tunneling systems》입니다。
