<네이처>잡지: 양자 계산기의 오류를 방지하는 기술

오늘 <네이처>에는 “양자단위 분실의 실험교정 확정”이라는 중요한 논문이 실렸다. 한 국제과학자 연구진은 양자 컴퓨터의 오류를 방지할 수 있는 새로운 기술을 개발, 양자비트 분실로 인한 오류 발생 시 깨지기 쉬운 양자정보를 보호, 시정할 수 있도록 하는 새로운 협약을 채택했다.

양자 컴퓨터는 클래식 컴퓨터의 계산능력을 초월할 것이며 이는 양자 컴퓨터중의 회로가 양자단위에 기반하여 이러한 양자단위는 0혹은 1을 표시할 수 있을 뿐만아니라 양자역학의 원리를 이용하여 두가지 상태를 겹쳐놓은 것을 표시할 수 있다. 아무리 큰 잠재력이 있다 해도 외부환경과의 상호작용으로 인해 양자단위는 여전히 취약하고 오류가 생기기 쉽다.

양자 컴퓨터의 성공적인 운행여부는 양자단위가 간섭과 소음의 영향을 받지 않도록 보호하고 제때에 수정하지 않으면 잘못된 결과를 초래할 수 있다. 이러한 잘못들이 산법기간에 쌓여 이러한 문제들은 대규모적이고 오류를 수용하는 것은 양자정보 프로세서의 관건이다. 양자 오차 수정을 통해 해결할 수 있는 계산 오류 외에 정보의 운반체도 완전히 분실되거나 계산공간에서 정보가 유출될 수 있다.이 같은 손실 오차는 계산 오류와 상당히 빠른 속도로 발생할 것으로 예상된다.
연구진은 개발공능이 완벽한 양자 프로세서도 전 세계 과학자들이 마주한 거대한 도전이고 이번 연구는 우리들이 처음으로 모종의 협희를 실현하고 이러한 협의는 테스트와 동시에 양자 단위 분실로 인한 문제를 바로잡을 수 있다고 하였다. 또한 이러한 능력은 대규모 양자 컴퓨터의 미래발전과 밀접하게 관련되고 있다는 것을 증명될될 수 있다고 하였다. 우리는 양자 프로세서가 계산 오차를 참아 넘길 수 있다는 것을 알고 있다. 하지만 이를 어떻게 방지하고 잃어버린 양자비트로 인한 문제를 고칠지에 대해서는 잘 모르는 바이다.

양자 컴퓨터가 데이터를 상세히 설명하면 양자 레지스터에서 완전히 잃어버리거나 불필요한 전자 상태로 변할 수 있다.이 두 과정의 결과는 모두 하나의 정보가 부족하여 양자 처리 장치의 기능을 상실할 수 있다.따라서 이런 오류의 결과를 분석하고 줄일 수 있는 이론과 실험에 기초한 기술을 설계하는 것이 중요하다.

연구원은 이러한 문제를 해결하기 위해 우리 연구팀이 해야 할 첫번째 일은 효과적인 새 이론방안을 개발하는 것이라고 하였다. 또한 연구원은 일부 양자(퀀텀)가 달린 레지스터에 저장된 정보는 보호되며, 이들 양자 중 하나가 분실된 경우 완전 검색할 수 있다는 것을 증명하려고 노력했다고 하였다. 그 다음 연구진은 현실속의 양자 프로세서 중에서 그 협의를 실현했다고 하였다. 하지만 이것은 쉬운 일이 아니다. 사실상 양자위가 분실되었는가를 가늠하려고 직접적으로 측정한다면 양자 레지스터에 담긴 모든 정보를 파괴하게 된다.
 
이를 위해 연구팀은 별도의 퀀텀 비트를 사용해 계산 과정을 변경하지 않고 다른 퀀텀 비트의 존재 여부를 평가할 수 있는 방안을 제시했다.연구결과가 말해주듯이 이 방법은 효과적이고 연구원으로 하여금 실시간으로 그 협의를 성공적으로 테스트할 수 있다.

이 논문에서 연구원들은 이온 양자 프로세서에서 토폴로지 표면 코드에 대한 실험적 최소 실례를 취하여 양자위 분실 검사와 교정의 완전한 주기를를 구현했다. 이번 교정에 사용된 관건적인 기술은 양자위의 실행을 도와주는 양자를 측정하고고 이러한 기능이 마이크로 탐침이나 부족한 양자 위치를 측정하고, 나머지 양자에는 최소의 양자 기계적 방해를 부여한다.

연구원은 기타 연구기관이 보유하고 있는 이온 양자 프로세서의 테스트 결과에 대해 몹시 만족하는 바이고 같은 협의는 현재로서 기타 연구센터와 기관이 개발중인 부동한 양자 컴퓨터 체계 구조에서 실현이 가능하다고 하였다.
출처:양자인지