양자 컴퓨터를 위한 최초의 청사진을 설계하다

양자 컴퓨터를 조작하는 것은 팩맨 게임을 하는 것과 같다

많은 과학자들이 불가능하다고 생각했지만 마침내 한 팀이 해냈습니다. 그들은 양자 컴퓨터를 조작하는 것이 팩맨 게임을 하는 것과 같다고 말합니다. 양자 역학의 이상한 규칙에 기반한 양자 컴퓨터는 기계 컴퓨터와 비슷한 방식으로 사회에 혁명을 일으킬 것입니다. 일단 구축되면 과학 분야의 많은 질문에 답하고, 생명을 구하는 의약품을 만들고, 금융 부문에 혁신적인 기능을 제공하고, 일반적으로 일반 컴퓨터가 계산하는 데 수십억 년이 걸리는 특정 문제를 해결하는 데 도움이 될 것입니다. 양자 컴퓨터에서 실행될 수 있는 새로운 종류의 알고리즘을 개발하기 시작했기 때문에 양자 컴퓨터의 전체 영향을 추정하는 것은 매우 어렵습니다. 그러나 한 가지 분명합니다. 자연은 양자 물리학에 따라 작동하므로 양자 컴퓨터는 자연과 현실의 구조 자체를 이해하는 데 가능한 최고의 도구 일 수 있습니다. 지금까지 양자 컴퓨팅에 대한 대부분의 연구는 학문적이었습니다. 그러나 우리는 이제 과학 저널에 실린 대규모 양자 컴퓨터를 구축하기 위한 실제 너트 앤 볼트 구성 계획을 작성했습니다. 소규모 양자 컴퓨터는 이미 만들어졌지만 (예를 들어, 서스 섹스 대학에서) 관련된 물리학의 일부만 시연하고 더 흥미로운 문제를 해결하기에는 너무 작습니다. 양자 기이함이라는 특징, 양자 컴퓨터는 이른바 양자 효과를 이용하여 작동합니다. 가장 중요한 것 중 하나는 "중첩"입니다. 즉, 객체가 동시에 두 개의 다른 위치에 있을 수 있다는 사실입니다. 네, 잘 들었습니다. 하지만 그게 무슨 의미일까요? 이렇게 하면 화창한 캘리포니아에서 휴가를 보내는 동시에 영국에서도 이 기사를 쓸 수 있습니까? 정답은 아니지만, 우리는 대부분 원자와 분자의 미세 우주 수준에 양자 효과를 봅니다. 예를 들어, 전 세계의 물리학 자들은 원자가 동시에 두 곳에 있을 수 있음을 보여주는 연구를 수행했습니다. 그러나 이러한 실험은 매우 어렵습니다. 양자 효과를 나타내는 원자와 다른 것 사이의 아주 작은 접촉조차도 이러한 효과를 즉시 사라지게 할 것이기 때문입니다. 기존 컴퓨터가 정보를 비트라 고도하는 일련의 0과 1로 인코딩하는 것과 같은 방식으로 양자 컴퓨터는 동시에 0과 1이 될 수 있는 양자 비트를 사용하여 엄청난 처리 능력을 제공합니다! 트랩 된 이온 양자 컴퓨터 내에서 각 이온은 하나의 양자 비트에 해당합니다. 따라서 10 억 개의 양자 비트를 가진 양자 컴퓨터에는 10 억 개의 갇힌 이온이 필요합니다. 이러한 이온은 전기장을 사용하여 양자 마이크로 칩 위로 떠오르고 있습니다. 양자 컴퓨터를 작동하는 것은 팩맨 게임을 하는 것과 같습니다. 양자 마이크로 칩은 메모리 영역에서 처리 영역 및 그 너머까지 전계를 사용하여 이온이 전송되는 컴퓨터 마더 보드처럼 작동합니다. 야심 찬 계획을 세우다. 수년 동안, 저는 동료들에게 대규모 양자 컴퓨터를 만들겠다는 우리의 의도에 대해 이야기했을 때 일부 동료들의 얼굴에 불신의 모습을 보았습니다. 그러나 지난 몇 년 동안이 분야에서 엄청난 발전을 이루면서 (여기 서스 섹스에 있는 제 그룹의 예가 있습니다.) 더 많은 사람들이 그것이 실제로 성취될 수 있다고 믿기 시작했습니다. 우리의 임무는 가능한 가장 간단한 기술 설루션을 제시하고 가능한 한 입증된 기술을 사용하는 것이었습니다. 우리는 가장 중요한 엔지니어링 과제를 파악하고 신뢰할 수 있는 설루션을 제공하고자 했습니다. 이를 실현하기 위해 저는 전 세계의 매우 재능 있는 과학자들을 모집하여 청사진을 작성하는 데 도움을 주었습니다. 우리는 또 다른 학문적 연구를 쓰고 싶지 않았습니다. 그래서 우리는 실제 엔지니어링에 집중하려고 했습니다. 얼마나 클까요? 전력 소비는 어떻습니까? 어떤 부품이 필요합니까? 어떤 종류의 냉각이 필요합니까? 이러한 모든 세부 정보를 제공하는 것은 매우 지루한 과정이었지만 가장 중요한 질문에 대한 답을 제공합니다. 이러한 장치를 실제로 만들 수 있습니까? 그리고 우리는 여전히 그것이 상당히 공학적 위업이고 엄청나게 비싸고 많은 사람들을 필요로 할 것이라고 믿지만 대답은 '예'라고 말하는 것이 타당하다고 생각합니다. 우리는 몇 년 동안 다른 과학자들이 액세스 할 수 있는 아카이브 서버에 논문을 보관했습니다. 이를 통해 중요한 피드백을 수집하고이 피드백을 해결함으로써 계획을 더욱 구체화할 수 있었습니다. 가능한 모든 문제를 실제로 해결했습니까? 확실히 알 수는 없지만 지금까지 우리가 해결할 수 없다고 생각하는 실질적인 비판은 들어 본 적이 없습니다. 개념을 설명합니다. 이제 실제 청사진에 대해 이야기해 봅시다. 양자 컴퓨터는 많은 개별 모듈로 구성되어야 합니다. 왜? 하나의 모듈만 사용하면 궁극적인 처리 능력은 항상 현재 기술로 구성할 수 있는 가장 큰 모듈 크기에 의해 제한됩니다. 우리가 개발한 것은 양자 컴퓨터가 많은 모듈로 구성되어 있고, 모듈을 연결하여 어려운 계산을 수행하기 위해 전기장을 사용하여 한 모듈에서 다른 모듈로 이온을 전달할 수 있는 개념입니다. 이 접근법을 사용하는 것은 이전에 제안된 모듈 연결 아이디어보다 훨씬 간단합니다. 이러한 아이디어 중 하나는 광섬유를 사용하여 개별 양자 컴퓨터 모듈을 연결하는 것이었습니다. 그것이 작동하기 위해서는 양자 비트를 교환하여 광자라고 불리는 개별 빛 입자를 사용해야 합니다. 약간의 시간과 노력을 기울이면 개선될 것이라고 확신하지만 여전히 상당히 느린 프로세스입니다. 그러나 지금은 전기장을 사용하여 한 모듈에서 다른 모듈로 실제 이온을 전달하는 새로운 발명품을 대신 사용했습니다. 우리는 건물이나 축구 경기장을 채우고 많은 전력을 사용할 수 있는 정말 강력한 양자 컴퓨터를 만드는 것을 목표로 합니다. 개발 비용은 추정하기 어렵지만 100m 범위에 있을 수 있습니다. 그러나 적어도 이 기술 계획을 가지고 우리는 대규모 양자 컴퓨터가 더 이상 공상 과학 영화의 재료가 아니라고 믿습니다. 비록 그것이 여전히 매우 어렵다는 것을 강조해야 하지만 말입니다.