큐 비트 관련 마이크로소프트의 성과와 갈길

마이크로소프트사의 양자관련 연구의 가야하 길

어떤면에서 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터와 크게 다르지 않을 것입니다. 둘 다 이진 형식으로 표시된 데이터 비트를 처리합니다. 그리고 두 가지 유형의 기계는 스위치처럼 서로 다른 상태를 전환하여 비트를 나타내는 기본 단위로 구성됩니다. 기존의 컴퓨터에서 칩의 모든 작은 트랜지스터는 0 을 나타내 거나 1 을 나타 내기 위해 뒤집힐 수 있습니다. 그러나 매우 작은 규모에서 물질과 에너지의 행동을 제어하는 양자 물리학의 기발한 규칙 때문에 큐비 트는이를 매우 강력하게 만드는 트릭을 수행 할 수 있습니다. 큐비 트는 중첩으로 알려진 양자 상태로 들어갈 수 있으며, 이는 효과적으로 0 과 1을 나타냅니다. 동시에 중첩 상태에 있으면 큐 비트가 연결되거나 "얽히게"될 수 있습니다. 즉, 하나에 영향을 미치는 모든 작업이 다른 사람의 운명을 즉시 변경한다는 의미입니다. 중첩 및 얽힘으로 인해 양자 컴퓨터의 단일 작업은 동일한 수의 일반 비트에 대해 더 많은 작업을 수행하는 계산의 일부를 실행할 수 있습니다. 양자 컴퓨터는 본질적으로 수많은 가능한 계산 경로를 병렬로 탐색 할 수 있습니다. 일부 유형의 문제의 경우, 기존 컴퓨터에 비해 양자 컴퓨터의 장점은 처리 할 데이터의 양에 따라 기하 급수적으로 증가합니다. "그들의 힘은 여전히 저에게 놀랍 습니다."라고 래이몬드 라플람은 말합니다. 온타리오 주 워털루 대학교 양자 컴퓨팅 연구소의 전무 이사인 그는 "그들은 컴퓨터 과학의 기초와 계산 가능한 것의 의미를 바꿉니다."라고 말했습니다. 내년 쯤에 마이크로 소프트가 지원하는 물리 연구소는 큐 비트 디자인 테스트를 시작할 것입니다. 그러나 순수한 양자 상태는 매우 취약하며 신중하게 고안된 상황에서만 관찰하고 제어 할 수 있습니다. 중첩이 안정적으로 유지 되려면 큐 비트를 아 원자 입자의 무작위 범핑이나 근처 전자 장치의 희미한 전기장과 같은 사소한 노이즈로부터 보호해야합니다. 두 가지 최고의 전류 큐 비트 기술은 자기장에 갇힌 개별 하전 된 원자의 자기 특성 또는 초전도 금속 회로 내부의 작은 전류로 비트를 나타냅니다. 디코 히어 런스로 알려진 과정에서 붕괴되기 전까지 몇 분의 1 초 동안 중첩을 보존 할 수 있습니다. 함께 작동 한 큐 비트의 최대 수는 7 개입니다. 2009 년부터 구글은 신생 기업 디웨이브 시스템즈가 판매하는 기계를 세계 최초의 상용 양자 컴퓨터로 테스트 해 왔으며 2013 년에는 512 큐 비트가있는 기계 버전을 구입했습니다. 그러나 이러한 큐 비트는 특정 알고리즘을위한 회로에 고정되어 있으므로 작업 할 수있는 문제의 범위가 제한됩니다. 성공한다면이 접근 방식은 한 쌍의 플라이어와 동등한 양자 컴퓨팅을 생성 할 것입니다. 이는 일부 작업에만 적합한 유용한 도구입니다. 마이크로소프트가 추구하는 기존의 접근 방식은 완전한 도구 상자와 같은 완전한 프로그래밍 가능 컴퓨터를 제공합니다. 게다가 독립적 인 연구자들은 디웨이브의 기계가 실제로 양자 컴퓨터의 기능을한다는 것을 확인할 수 없었습니다. 구글은 최근에 제공하는 기술의 버전을 만들기 위해 자체 하드웨어 실험실 을 시작했습니다. 디코 히어 런스와 이로 인해 계산에 도입되는 오류와 싸우는 방법에 대한 검색이 양자 컴퓨팅 분야를 지배하게되었습니다. 큐 비트가 진정으로 확장 가능하려면 아마도 우연히 백만 작업 당 한 번만 분리해야 할 것이라고 메릴랜드 대학 교수이자 국방부가 자금을 지원 하는 양자 컴퓨팅 프로젝트 의 공동 리더 인 크리스 몬로는 말합니다. 지능 고급 연구 프로젝트 활동은 오늘날 최고의 큐 비트는 일반적으로 수천 번 자주 감쇄합니다. 마이크로소프트의 스테이션 큐는 더 나은 접근 방식을 가질 수 있습니다. 양자는 전자가 특정 물질 내부의 평면에 갇혀있을 때 발생하는 프리드만을 물리학으로 유인하면 기존 큐 비트를 불안정하게하는 많은 노이즈에 자연스럽게 귀가 먹지 않기 때문에 큐 비트 빌더가 갈망하는 안정성을 제공해야한다고 말합니다. 이러한 물질 내부에서 전자는 절대 영도에 가까운 온도에서 이상한 특성을 취하여 전자 액체로 알려진 것을 형성합니다. 전자 액체의 집합 적 양자 특성은 약간을 의미하는 데 사용될 수 있습니다. 디자인의 우아함과 함께 현금, 장비 및 컴퓨팅 시간이 부여됨에 따라 세계 최고의 물리학 연구자들이 마이크로소프트와 협력하게되었습니다. 문제는 물리학이 입증되지 않은 상태로 남아 있다는 것입니다. 전자 액체의 양자 특성을 비트로 사용하기 위해 연구자들은 비 아벨 리안으로 알려진 내부의 특정 입자를 조작하여 서로 순환하도록해야합니다. 그리고 물리학 자들은 비 아벨 론적 존재가 존재한다고 예상하지만, 결정적으로 발견 된 것은 없습니다. 스테이션 큐와 그 협력자들이 찾는 비아 벨리 안의 종류인 마조라나 입자는 특히 애매합니다. 은둔한 이탈리아의 물리학자 에또르 마조라나가 1937년에 처음으로 예측 한 것은 그가 신비하게 사라지기 얼마 전, 그들은 자신의 반입 자라는 고유 한 특성을 가지고 있기 때문에 수십 년 동안 물리학 자들을 사로 잡았습니다. 마이크로소프트로부터 자금 지원과지도를받은 네덜란드 델프트 공과 대학의 레오 쿠웬 호벤이 반도체 인듐 안티 모나 이드로 만든 나노 와이어 내부에서 발견했다고 발표 한 2012년까지 믿을만한 증거를보고 한 사람은 아무도 없었습니다. 그는 나노 와이어를 한쪽 끝에서 초전도 전극 덩어리에 연결하고 다른 쪽 끝에서 일반 전극을 연결함으로써 올바른 종류의 전자 액체를 존재하도록 유도했습니다. 그것은 마이크로소프트의 디자인에 대해 가장 강력한 지원을 제공했습니다. 마이크로소프트의 리는“이 발견은 우리가 정말로 무언가를하고 있다는 엄청난 확신을주었습니다. 코펜하겐의 그룹과 다른 실험실은 이제 실험 결과를 개선하고 입자를 조작 할 수 있음을 보여주고 있습니다. 진행 속도를 높이고 대량 생산이 가능한 단계를 설정하기 위해 이 모든 것에 대해 마이크로 소프트는 아직 큐 비트를 가지고 있지 않다. 0 초와 1 초에 해당하는 값 을 쓰는 데 필요한 작업에서 마조라나 입자를 서로 주위로 이동시키는 방법을 찾아야합니다. 코펜하겐에있는 넬리스 보어 연구소의 재료 과학자들은 최근에 한 입자가 옆으로 가라 앉는 동안 다른 입자가 통과 할 수있는 측면 가지가있는 나노 와이어를 만드는 방법을 발견했습니다. 첫 디자인부터 마이크로 소프트와 함께 일해온 그곳의 연구원 인 찰리 마커스는 이제 새로운 와이어로 작업 시스템을 구축 할 준비를하고 있습니다. "내년에도 우리를 바쁘게 할 것입니다."라고 그는 말합니다. 성공은 마이크로 소프트의 큐 비트 디자인을 검증하고 코펜하겐이 2012년에 마요라나 입자를 감지하지 못했을 수도 있다는 최근 제안을 종식시킬 것입니다. 그러나 칼테크의 이론 물리학 교수인 존 크레스킬은 토폴로지 큐 비트가 좋은 이론에 지나지 않는다고 말합니다. "나는 아이디어가 매우 마음에 들지만 몇 년 동안 진지한 노력을 기울인 후에도 여전히 확실한 증거가 없습니다."라고 그는 말합니다.