최근 중국과학원 양자정보&양자 과학기술 혁신연구소의 판지엔웨이(潘建伟), 주샤오보(朱晓波), 펑청즈(彭承志)로 구성된 연구팀이 62비트 프로그래밍이 가능한 초전도 양자컴퓨팅 프로토타입 "주총즈하오(祖冲之号)"를 성공적으로 개발했다. 이를 기반으로 프로그래밍할 수 있는 2 차원 양자 보행을 실현했다. 관련 연구 결과는 2021 년 5 월 7 일 국제 학술지 <사이언스>지에 온라인으로 게재될 예정이다.
사진 1) 출처: 환치우왕(环球网). 2 차원 초전도 큐비트 칩의 개략도
원칙적으로 양자컴퓨터는 초고속 병렬 컴퓨팅 기능을 갖추고 있어, 사회적, 경제적 가치가 중요한 일부 문제에서 (비밀번호 해독, 빅데이터 최적화, 재료 설계, 약물분석 등) 기존 컴퓨터와 비교하여 지수급 가속도를 내는 특정 알고리즘을 구현할 수 있을 것으로 전망된다. 현재 양자 컴퓨터 개발은 세계 과학기술 최첨단 분야에서 주요 과제 중 하나이며, 이미 국제 연구에서 핫스팟이 되었다. 초전도 양자컴퓨팅은 확장 가능한 양자 컴퓨팅의 실현을 위한 가장 유망한 후보 중 하나이며, 핵심 목표는 어떻게 통합 큐비트 수를 동시에 늘리고 초전도 큐비트의 성능을 향상시켜 더 많은 큐비트를 보다 정확하게 제어하며, 특정 문제 처리 속도에서 기하급수적 가속을 달성하고, 최종적으로 실제 문제에 적용할 수 있느냐이다.
판지엔웨이(潘建伟) 원사팀은 초전도 양자 컴퓨팅의 상술한 핵심 목표를 오랫동안 조준해 왔으며 일련의 중요한 진전을 이루었다. 2019 년 초, 1 차원 체인 구조의 12 비트 초전도 양자 칩에 12 개의 큐 비트 얽힘 "클러스터 상태"를 제작했으며 충실도는 70 %로 이전 기록인 10 개의 초전도 큐비트 얽힘을 깨뜨렸다. 동시에 팀은 창의적으로 초전도 큐비트를 양자 보행 연구에 적용하여, 미래의 다체 물리 현상 시뮬레이션과 양자 보행을 이용하여 통용 양자컴퓨터 연구를 진행할 기초를 마련했다. 이후 과학 연구팀은 칩 구조를 1 차원에서 준 2 차원으로 확장하고, 24 비트를 포함하는 고성능 초전도 양자 프로세서를 제작했으며, 처음으로 고체 양자 컴퓨팅 시스템 속에서 20 비트를 초과하여 고정밀 양자 관련 조종을 실현했다.
최근 이 연구팀은 자체적으로 2 차원 구조 초전도 큐비트 칩을 연구제작한 기초 상에서 국제적으로 초전도 큐비트수가 가장 많은 62 비트를 포함한 프로그래밍 가능한 양자컴퓨팅 프로토타입 "주총즈하오(祖冲之号)”를 성공적으로 구축했다. 이 시스템에서 2차원 프로그래밍 가능한 양자 보행이 성공적으로 시연되었다. 연구팀은 2 차원 구조의 초전도 큐비트 칩에서 단일 입자와 이중 입자 들뜬 상태에서의 양자 보행 현상을 관찰하고, 2 차원 평면에서 양자 정보의 전파 속도를 실험 연구했다. 동시에 큐비트 연결의 토폴로지 구조를 제어하는 방식을 통해 Mach-Zehnder 간섭계를 구축하며, 프로그래밍 가능한 쌍입자 양자보행을 실현했다. 이러한 성과는 초전도 양자 시스템에서 양자 우월성을 보이고 중대한 실용가치가 있는 문제를 해결할 수 있는 양자 컴퓨팅 연구의 기술적 기초를 세웠다. 또한, "주총즈하오(祖冲之号)(祖冲之号)"양자 컴퓨팅 프로토타입에 기초한2 차원 프로그래밍 가능한 양자보행은 양자 검색 알고리즘, 일반 양자 컴퓨팅 등의 영역에서 잠재적으로 응용될 수 있으며 후속 개발을 위한 중요한 방향이 될 것이다.
— 환치우왕(环球网) 제공
