중앙 처리 장치 (CPU)는 반도체 기술을 사용하여 구축된 컴퓨터의 핵심이며, 이 기술을 통해 수십억 개의 트랜지스터를 칩에 배치할 수 있습니다. 이제 QuTech 연구원들은 반도체 기술은 양자 프로세서로 2 차원 큐 비트 어레이를 구성하는데 사용할 수 있다는 것을 이미 증명했습니다.
이 작업은 확장 가능한 양자 기술에서 중요한 이정표를 세운 것 입니다. 연구 결과는 "4 큐 비트 게르마늄 양자 프로세서(A four-qubit germanium quantum processor)”라는 제목으로 "Nature"지[2]에 게재되었습니다.
양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터로는 해결할 수 없는 문제를 해결할 수 있는 잠재력이 있습니다. 현재 양자 장치에는 수십 개의 큐 비트가 있지만 미래의 일반 양자 컴퓨터가 랜덤 양자 알고리즘을 실행하려면 수 백만에서 수십억 큐 비트를 갖춰야 합니다.
퀀텀 닷 큐 비트는 표준 반도체 제조 기술을 사용하여 정의할 수 있기 때문에 확장 가능한 경로가 될 것으로 예상됩니다. QuTech의 작업을 이끌고 있는 Menno Veldhorst는 다음과 같이 말했습니다. 4 개의 큐 비트를 2x2 그리드에 넣고 모든 큐 비트를 제어하게 합니다. 그런 다음 양자 회로를 통해 모든 큐 비트를 얽히게 하고 모든 작업을 완성한 후에 우리는 확장 가능한 양자 컴퓨팅을 향한 중요한 발걸음을 내디디게 되었습니다.
그림1｜Menno Veldhorst(팀의 리더)와 Nico Hendrickx(논문제 1 저자) 게르마늄 양자 프로세서를 탑재한 장치 옆에 서 있는 모습 （출처 ：QuTech）
1.전체 양자 프로세서
양자 포인트에 갇힌 전자의 사이즈는 수십 나노 미터 크기의 반도체 구조에 불과하지만, 양자 정보 플랫폼인 이것을 20 년 넘게 연구해 왔습니다. 그런데 2 큐 비트 이상으로 확장하는 것은 여전히 어렵습니다.
이 장벽을 깨기 위해 연구팀은 완전히 다른 접근 방식을 취하기로 결정했습니다. 그리고 게르마늄 구멍 (즉, 전자 부족)을 연구하기 시작했습니다. 이러한 방식으로 큐 비트를 정의하는데 필요한 동일한 전극을 사용하여 큐 비트를 제어하고 얽힐 수도 있습니다.
이 논문의 첫 번째 저자인 Nico Hendrickx는 다음과 같이 말했습니다. 각 큐 비트 옆에 많은 부가 구조를 추가할 필요는 없으며, 우리 팀의 큐 비트는 컴퓨터 칩의 트랜지스터와 거의 동일합니다. 이 외에도 우리 팀은 그것들을 잘 제어할 수 있으며 마음대로 큐 비트를 연결할 수 있습니다. 이러한 방식으로 1, 2, 3, 4 큐 비트 게이트에 대해서 프로그래밍을 진행할 수 있으며 고도로 치밀한 양자 회로를 실현할 수 있을 것으로 기대됩니다.
2. 2차원이 핵심 입니다.
연구원들이 2019 년 최초의 게르마늄 양자 포인트 큐 비트를 성공적으로 구축한 후 칩의 큐 비트 수는 매년 배로 증가 될 것입니다. 물론, 4 개의 큐 비트는 범용 양자 컴퓨터를 만들 수는 없습니다. 그러나 2x2 그리드에 큐 비트를 배치함으로써 연구원들은 큐 비트를 다른 방향으로 제어하고 결합하는 방법을 알게 되었습니다. 그리고 대량의 큐 비트를 통합하는 실제 아키텍처는 모두 2 차원을 따라 상호 연결되어야 합니다.
그림 2｜ 반도체 제조 기술을 사용하여 제조 된 4 큐 비트 양자 프로세서의 개략도 （출처 ： QuTech）
3. 고도로 통용되는 플랫폼 : 게르마늄
게르마늄 (Ge)과 실리콘 (Si)은 모두 탄소 그룹에 속하며 원소 주기율표에서 그룹 14 (그룹 IVA)의 원소입니다. 둘 다 반도체 양자 컴퓨팅의 실현 방식에 속합니다.
게르마늄에서 4 큐 비트 로직의 성공적인 데모는 현재 양자 포인트 영역에서 가장 진보된 기술입니다. 이는 조밀하고 확장 가능한 2 차원 반도체 큐 비트 그리드를 향한 중요한 발걸음을 내디딘 것입니다.
첨단 반도체 제조와 호환되는 것 외에도 게르마늄은 또한 널리 사용되는 재료이며 매우 우수한 물리적 특성을 가지고 있습니다. 예를 들어, 스핀-궤도 커플링은 초전도체와 같은 재료와 접촉할 수도 있습니다.
따라서 게르마늄은 여러 양자 기술 중에서 우수한 실현 방법이 되었습니다. 현 단계에서 연구원들은 게르마늄을 만드는 방법과 큐 비트 어레이를 작동하는 방법을 알게 된 후에 게르마늄의 양자 정보 경로가 본격적으로 시작될 수 있습니다.
발표 시간 : 2021 03/25 12:12
출처 : 텅쉰왕-양자객
