큐 비드에 대해 연구하기 시작한 양자 연구자들

양자 연구자들이 큐 비트에 관해 연구하다

큐 비트에 대한 탐구, 지난 30 년 동안 양자 연구자들은 큐 비트를 만드는 몇 가지 방법을 고안했습니다. 큐 비트의 핵심은 일반적으로 원자, 이온 또는 전자와 같은 매우 작은 입자로, 작은 크기로 인해 양자 특성을 나타냅니다. 이들 중 하나는 초전도 큐 비트 또는 트랜스 몬으로, 이미 IBM과 구글의 일부 초기 단계 상용 양자 컴퓨터 프로토 타입에 사용되고 있습니다. 트랜스 몬은 낮은 온도에서 저항 없이 전류를 전달할 수 있는 니오븀 및 알루미늄과 같은 물질로 만들어진 일종의 인공 원자입니다. 이러한 재료는 원자처럼 작동하는 작은 전기 회로를 형성하도록 패턴 화 됩니다. 큐 비트의 상태 인 양자 0 또는 1은 인공 원자에 저장된 에너지의 양으로 표시됩니다. 그러나 이 양자 상태를 유용할 만큼 충분히 오래 유지하는 것은 트랜스 몬 및 기타 유형의 큐 비트에 대한 주요 과제 중 하나입니다. 진동, 열 또는 빛과 같은 환경 적 영향은 양자 특성을 방해할 수 있습니다. 이러한 탈 일관성 은 짧은 시간 동안 입자를 양자 상태로 유지하는 것을 어렵게 만들 수 있습니다. 호욱은 양자 상태는 매우 취약합니다. "진정한 진전은 이러한 양자 역학적 특성을 가능한 한 오랫동안 '살아있는'상태로 유지하여이 모든 것이 무너지기 전에 원하는 종류의 계산, 감지 또는 통신을 수행할 수 있도록 하는 것입니다." 이 문제를 해결하기 위해 호욱과 그의 팀은 IBM 리서치와 협력하여 디코 히어 런스를 방지하는 더 복잡한 회로를 구축함으로써 트랜스 몬을 강화하고 있습니다. 이를 통해 트랜스 몬은 수백 마이크로 초 동안 양자 상태를 유지할 수 있으며, 이는 많은 컴퓨팅 단계를 수행하기에 충분히 길고 이전 큐 비트 기술에서 큰 도약을 나타냅니다. 큐 비트를 만드는 또 다른 전략은 실제 원자를 포함합니다. 전기 공학 조교수인 제프리 톰슨은 원자를 믿을 수 없을 정도로 낮은 온도로 냉각시키고 진공 챔버에 가두었습니다. 일단 분리되면 연구진은 광학 핀셋이라고 하는 조밀하게 초점을 맞춘 레이저 빔으로 개별 원자를 조작할 수 있습니다. 연구원들은 추가 레이저 신호를 사용하여 갇힌 원자의 에너지 수준을 양자 0 또는 1 상태를 나타내도록 설정할 수 있습니다. "원자는 매우 좋은 큐 비트를 만듭니다."라고 톰슨이 말했습니다. "그들은 실제로 작업하기 쉽고 레이저 광을 사용하여 단일 원자를 보는 것도 매우 쉽습니다." 또 다른 유형의 큐비 트는 전자, 보다 구체적으로 스핀으로 알려진 전자의 고유 한 양자 특성에 의존합니다. 스핀은 전자의 각운동량을 설명하며 때로는 상단의 빙빙 돌기 운동에 비유되지만 자석처럼 전자의 스핀은 0과 1의 값을 나타내는 아래쪽 또는 위쪽을 가리킬 수 있기 때문에 자기와 유사합니다. 전기 공학 교수 인 스테픈 리온은 상대적으로 오랜 기간 동안 스핀 큐 비트를 중첩 상태로 유지하는 방법을 연구하는 연구원 중 한 명입니다. 그의 팀은 수백만 개의 전자스핀을 조정하기 위해 실리콘 -28이라고 하는 고순도 실리콘 유형을 통해 마이크로파 펄스를 보냅니다. 연구자들은 양자 영역에서 긴 기간 인 최대 10 초 동안 중첩된 스핀 큐 비트를 유지할 수 있음을 보여주었습니다. 양자 컴퓨팅이 잠재력을 최대한 발휘하려면 큐 비트가 양자 상태를 유지해야 할 뿐만 아니라 서로 정보를 공유해야 합니다. 그들은 얽힘이라는 양자 속성을 통해 이것을 수행합니다. 스코딩져의 고양이가 불가능한 문을 통과합니다. 중첩과 마찬가지로 얽힘은 당혹스럽지만 근본적인 양자 개념입니다. 두 입자가 함께 작동하는 방법을 설명합니다. 둘 이상의 양자 입자가 상호 작용한 후에는 연결 또는 상호 의존성을 유지할 수 있습니다. 하나의 큐 비트가 특정 방식으로 작동하면 얽힌 쌍둥이는 이를 나누는 거리에 관계없이 동일한 방식으로 작동합니다. 그들은 수백만 마일 떨어져 있을 수 있지만 여전히 완벽한 조화를 이루고 있습니다. 1930 년대에 발견된 이래 수많은 도전에서 살아남은이 반 직관적인 개념은 알버트 아인슈타인이 얽힘을 "원거리에서의 으스스한 행동"으로 분류하게 했습니다. 큐 비트를 엉킴으로써 연구자들은 복잡한 계산을 수행할 수 있는 양자 회로를 구축할 수 있습니다. 유진 히긴스 물리학 교수 인 제이슨 페타는 실리콘 기반 스핀 큐 비트에 대한이 과제를 연구하고 있습니다. 단일 스핀의 수명은 최대 1 분입니다. 실리콘 스핀 큐비 트는 다른 유형의 큐 비트보다 저렴하고 제조하기 쉬울 수 있으며, 트랜스 몬만큼 개발 단계는 멀지 않지만 최근의 발전으로 인해 빠르게 따라잡고 있습니다. 페타의 팀은 전자의 스핀에 코딩된 정보를 한 큐 비트에서 다른 큐 비트로 전송하는 방법을 고안하고 있습니다. 전자를 "서로 대화"라고 부르는 것입니다. 그들은 양자점이라고 불리는 작은 실리콘 챔버에 전자를 가두어 큐 비트를 만듭니다. 그런 다음 연구진은 점에 강한 자기장을 적용하여 양자 정보를 빛의 입자 또는 광자로 전달하도록 유도할 수 있으며, 이는 정보를 근처에 있는 다른 양자점으로 전달하는 메신저 역할을 합니다. 이 전략은 이미 초전도 큐 비트를 얽히는 데 사용되었으며, 페타그룹은이 접근 방식이 스핀 기반 큐 비트에도 적용된다는 것을 보여주었습니다. 페타는 전자와 광자를 같은 방에 두는 것과 같습니다. "스핀 속성 중 일부를 방 주위를 날아다니는 광자로 전송 한 다음이 광자를 사용하여 방의 반대편에 있는 다른 스핀으로 정보를 전송할 수 있습니다." 큐 비트를 생성하는 다양한 방법은 오늘날 양자 컴퓨팅의 상태를 강조합니다. 보다 장기적인 전략 중 하나는 특정 조건에서 형성되는 입자와 같은 물체인 마조리나 퍼미온스에서 큐 비트를 만드는 것입니다. 거의 100 년 전에 예측된 이 유사 입자는 최근 1909 년 물리학 교수 인 알리 야즈다니가 이끄는 실험에서 관찰되었습니다. 이러한 준 입자의 특성은 토폴로지라는 수학의 한 분야에서 비롯되며, 이는 고유 한 특성을 잃지 않고 물체를 구부리거나 늘릴 수 있는 방법을 설명합니다. 이 속성은 이러한 토폴로지 큐 비트를 디코 히 런스로부터 더 잘 보호할 수 있습니다. 궁극적으로 미래 양자 컴퓨팅 산업의 기반이 될 큐비 트는 무엇입니까? 리옹에 따르면 이것은 어느 큐 비트가 가장 좋은지 예측하기를 주저하는 모든 사람들과 함께 빠르게 발전하는 분야입니다. "이렇게 다른 모든 기술이 있습니다. 간단한 문제는 어떤 기술이 가장 잘 작동할지 모른다는 것입니다."