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물리 오류없는 양자 컴퓨터의 실현
2014.06.28 12:25
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| 스페인과 오스트리아 연구진의 공동 노력으로, 여러 입자에 분산한 얽힘 상태에서의 단일 양자 비트(퀴빗)를 실험적으로 암호화하는 데 성공했으며, 또한, 최초로 그것에 간단한 계산을 수행하였다. 이 7-퀴빗 양자 레지스터는 어떠한 종류의 오류도 바로잡는 양자 컴퓨터의 주요 구성 요소로서 사용할 수 있다. 연구진의 결과는 Science에 발표되었다. 심지어 컴퓨터도 오류를 발생한다. 약간의 방해는 저장된 정보를 변경하고, 계산 결과를 위조할 수 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여, 컴퓨터는 지속적인 감지를 통해서, 오류를 감지하는 특정한 루틴을 사용한다. “양자 현상은 매우 연약하며, 오류가 발생하기 쉽다. 오류는 빠르게 확산하여, 컴퓨터의 작동을 심각하게 방해할 수 있다.”라고 인스브루크 대학(University of Innsbruck)의 실험 물리학부 연구원 중 한 명인 Thomas Monz가 말했다. 스페인 마드리드 콤플루텐세 대학(Complutense University) 물리학부의 이론 물리학자인 Markus Muller와 Miguel Angel Martin-Delgado는 인스브루크 대학의 연구진과 함께 새로운 양자 오류 정정 도구를 개발하고, 그것을 실험적으로 시험하였다. “양자 비트는 극도로 복잡하며, 간단히 복사할 수 없다. 또한, 미세한 양자 세계에서의 오류는 좀 더 다양하여, 기존의 컴퓨터의 그것보다 더 바로잡기가 어렵다. 양자 컴퓨터에서의 일반적인 오류를 정정하고, 감지하기 위해서는, 고도로 정교한 양자 오류-정정 코드가 필요하다”고 Monz가 말했다. 현재 실험에 사용되는 위상적 코드는 스페인의 Martin-Delgado의 연구진에 의해 제안되었다. 이것은 퀴빗을 2차원 격자로 배열하여, 그들이 인접한 입자들과 상호 작용할 수 있도록 한다. 인스브루크 대학 실험을 위해, 물리학자들은 7개의 칼슘 원자들을 이온 트랩에 가두었다. 그리고 이들 원자를 절대영도에 가깝도록 냉각한 후, 그들을 레이저 빔으로 정확하게 제어하였다. 연구진은 이러한 입자들의 얽힘 상태에서, 약한 양자 상태에 있는 하나의 로지컬 퀴빗(logical qubit)을 암호화하였다. 이 양자 오류-정정 코드는 이 과정을 위한 프로그램을 제공하였다. “일곱 개의 물리적 퀴빗에서 하나의 로지컬 퀴빗을 암호화하는 것은 매우 어려운 도전”이라고 Rainer Blatt의 연구원인 Daniel Nigg가 말했다. 물리학자들은 이를 세 단계에 걸쳐 성취하였다. 각각의 단계에서는 네 개의 인접한 퀴빗 간의 얽힘을 만들기 위하여, 복잡한 레이저 시퀀시가 사용되었다. “최초로, 우리는 제어 가능한 방식으로 해당 정보를 일곱 개의 원자에 배포함으로써, 단일 양자 비트를 암호화할 수 있었다”고 Markus Muller가 말했다. 그는 2011년 인스브루크에서 마드리드의 콤플루텐세 대학으로 이직하였다. “이러한 특정 방법으로, 우리가 원자를 얽히게 했을 때, 그들은 차후의 오류 정정 및 가능 수치에 관한 충분한 정보를 제공하였다”고 그는 말했다. 또 다른 단계로, 물리학자들은 다른 오류를 정정하고, 감지하기 위하여, 이 코드의 기능을 시험하였다. “우리는 각각의 입자에 가능한 모든 오류를 정정하고, 이를 독립적으로 감지할 수 있는 유형의 양자 시스템을 시연하였다. 이를 위해서는 오직 입자 간의 상관관계에 관한 정보만이 필요하며, 단일 입자의 측정을 수행할 필요는 없다”고 Esteban Martinez의 동료인 Daniel Nigg가 설명했다. 또한 단일 오류를 안정적으로 감지하기 위하여, 물리학자들은 로지컬 인코딩 퀴빗에 단일, 또는 반복적인 작업을 최초로 적용하였다. 일단 복잡한 인코딩 과정의 장애물을 극복하면, 각각의 게이트 작동을 위해 필요한 단순한 단일-퀴빗 게이트 조작만이 필요하다. “이러한 양자 코드를 가지고, 우리는 기본적인 양자 작업을 구현하고, 동시에, 모든 가능한 오류들을 정정할 수 있다”고 Thomas Monz가 말했다. 이는 신뢰할 수 있고, 고장이 없는 양자 컴퓨터를 향한 중요한 이정표가 될 것이라고 그는 덧붙였다. 스페인과 오스트리아의 물리학자들에 의해 개발된 이 새로운 접근 방법은 미래 혁신을 위한 유망한 기초를 구성할 것이다. “암호화된 단일 로지컬 양자 비트에 적용된 이 7-이온 시스템은 좀 더 큰 양자 시스템을 위한 구성 요소로서도 사용할 수 있다. 격자가 클수록, 더 강력해진다. 이 결과는 아마도 어떠한 오류 없이도 많은 수의 작업을 처리할 수 있는 양자 컴퓨터의 구축에 도움이 될 것”이라고 이론 물리학자인 Muller가 말했다. 현재의 실험은 기술적 혁신을 위한 경로를 열어 주었다. “여기, 완전히 새로운 질문이 있다. 예를 들어, 그러한 큰 로지컬 양자 비트를 최초로 특징지을 수 있는 도구는 무엇일까?”라고 Rainer Blatt가 말했다. “또한, 우리는 미래에 있을 좀 더 광범위한 작업들을 최적화하기 위하여, 이 양자 코드를 공동으로 개발하는 방법을 연구하고자 한다”고 그는 말했다. (그림) 인코딩 단일 로지컬 양자 비트의 적용을 위한 7-이온 시스템은 좀 더 큰 양자 시스템을 위한 구성 요소로도 사용될 수 있다. 격자가 클수록, 더 강력해진다. | |
자료를 가져가실 때에는 출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』을 밝혀 주시기 바랍니다. | |
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