하버드 초저온 원자 센터(Center for Ultracold Atoms), MIT 및 기타 대학의 물리학자 그룹은 256개의 양자 비트 또는 "큐비트"로 작동할 수 있는 프로그래밍 가능한 양자 시뮬레이터로 알려진 특수한 유형의 양자 컴퓨터를 개발했습니다.
이 시스템은 많은 복잡한 양자 프로세스를 조명하고 궁극적으로 재료 과학, 통신 기술, 의학 및 기타 여러 분야에서 진정한 돌파구를 만드는 데 사용할 수 있는 대규모 양자 기계를 만드는 데 중요한 단계입니다.
큐빗은 양자 컴퓨터를 실행하는 기본 빌딩 블록이며 엄청난 컴퓨팅 능력의 원천입니다.
이 연구의 주요 저자 중 한 명인 Mikhail Lukin은 "이것은 우리를 이전에 아무도 가본 적이 없는 새로운 영역으로 안내합니다."라고 말했습니다. "우리는 양자 세계의 완전히 새로운 부분에 진입하고 있습니다."
이 시스템의 전례없는 크기와 프로그래밍 기능의 결합으로 매우 작은 규모로 물질의 신비한 속성을 활용하여 컴퓨팅 성능을 극적으로 향상시키는 양자 컴퓨터 경쟁의 최전선에 서게됩니다.
적절한 상황에서 큐 비트 수를 늘리면 시스템이 표준 컴퓨터가 실행되는 기존 비트보다 기하 급수적으로 더 많은 정보를 저장하고 처리 할 수 있습니다.
"256 큐비트로 가능한 양자 상태의 수는 태양계의 원자 수를 초과합니다."라고 연구원들은 시스템의 엄청난 능력을 설명합니다.
시뮬레이터는 이미 연구자들이 이전에 실험적으로 실현된 적이 없는 몇 가지 이국적인 양자 상태를 관찰하고 양자 수준에서 자기가 어떻게 작동하는지에 대한 교과서적인 예 역할을 할 정도로 정밀하게 양자 상전이를 연구할 수 있도록 했습니다.
이 프로젝트는 2017년에 연구원들이 개발한 플랫폼의 크게 업데이트된 버전을 사용하며 최대 51큐비트가 될 수 있습니다. 이 오래된 시스템을 통해 연구자들은 초저온 루비듐 원자를 포착하고 광학 핀셋이라고 불리는 개별적으로 집중된 레이저 빔의 1차원 배열을 사용하여 특정 순서로 배열할 수 있었습니다.
새로운 시스템은 원자를 광학 핀셋의 2차원 배열로 수집할 수 있도록 합니다. 이는 달성 가능한 시스템 크기를 51큐비트에서 256큐비트로 증가시킵니다. 연구원들은 핀셋을 사용하여 결함이 없는 패턴으로 원자를 배열하고 큐비트 간에 서로 다른 상호 작용을 생성하기 위해 정사각형, 벌집 또는 삼각형 격자와 같은 프로그래밍 가능한 모양을 만들 수 있습니다.
이 작업의 저자 중 한 명인 Tut Wang은 “우리의 작업은 더 크고 더 나은 양자 컴퓨터를 만들기 위한 정말 강렬하고 가시적인 글로벌 경쟁의 일부입니다.
"Google, IBM, Amazon 및 기타 여러 업체의 선도적 인 학술 연구 기관과 대규모 개인 투자자가 이러한 공동 노력에 참여하고 있습니다.
연구원들은 현재 큐비트의 레이저 제어를 개선하고 시스템을 더 프로그래밍 가능하게 만들어 시스템을 개선하기 위해 노력하고 있습니다. 그들은 또한 이국적인 형태의 양자 물질 탐구에서 큐비트에 자연스럽게 인코딩될 수 있는 복잡한 실제 문제 해결에 이르기까지 새로운 응용 프로그램에 시스템을 사용할 수 있는 방법을 적극적으로 탐구하고 있습니다.
과학자들은 "이 작업은 수많은 새로운 과학적 방향을 제시합니다."라고 말합니다. "우리는 이러한 시스템으로 무엇을 할 수 있는지 이해하는 데 한계가 있습니다."
이 연구는 Nature 저널에 게재되었습니다.
2021-07-11 06:41:56
작가: Vitalii Babkin