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지금까지 문제는 양자 큐비트가 몇 밀리 켈빈(절대 0도보다 약간 높은 소수)으로 냉각되어야 한다. 이를 위해 매우 복잡하고 값비싼 냉각 시스템이 필요, 이런 컴퓨터의 큐비트와 전자부품을 한 칩에 결합하는 것은 거의 불가능했다. 더 많은 내열성 실리콘 큐비트가 통합된 양자회로의 길을 열었다. 1.5 켈빈 값은 현재 양자 컴퓨터가 실행되는 온도(예 : IBM 또는 Google)의 온도보다 15배 높아.

‘뜨거운’ 양자비트를 사용한 최초 컴퓨팅
더 많은 내열성 실리콘 큐비트가 통합된 양자 회로로 가는 길을 열다.

온도계의 작은 발걸음, 양자 컴퓨터의 큰 도약:
연구원들은 처음으로 이전보다 15배 높은 온도에서 작동하는 양자비트를 개발했다.
절대 영도 위 몇천 분의 1도 대신에, 이 큐빗은 ‘단지’ 약 1 켈빈으로 냉각돼야 한다.
이는 양자 회로를 통합하고 훨씬 저렴한 비용으로 냉각시킬 수 있다.
연구원들이 네이처Nature 저널에 보고한 내용이다.

▲ 중첩과 얽힘은 양자 비트 계산에 도움을 준다. 그러나 지금까지는 극도로 냉각돼어야 한다. © Luca Petit / Qutech

양자 컴퓨터는 미래의 컴퓨터로 간주된다. 
왜냐하면 중첩과 얽힘과 같은 양자 물리적 현상 덕분에 대규모 병렬 계산을 수행 할 수 있기 때문이다. 54 큐비트(*Qubits 혹은 Quantum bit 양자비트) 양자 시스템은 이미 세계에서 가장 강력한 슈퍼컴퓨터를 능가했다. 상용 양자 컴퓨터는 이미 존재한다.
* 큐비트 [qubit]
일반 컴퓨터가 정보를 1과 0의 값을 갖는 비트 단위로 처리하고 저장하는 것과 달리 양자 컴퓨터는 1과 0의 상태를 동시에 갖는 큐비트(qubit) 단위를 쓴다.

온도가 걸림돌

문제는 지금까지 이 큐비트의 양자 상태는 매우 약해서 몇 밀리 켈빈(절대 0도보다 약간 높은 소수)으로 냉각되어야 한다는 점이다. 이를 위해 매우 복잡하고 값비싼 냉각 시스템이 필요하며 이러한 컴퓨터의 큐비트와 전자 부품을 하나의 칩에 결합하는 것은 거의 불가능하다. 대신, 각 극저온 큐비트는 지금까지 자체 케이블을 통해 실온에서 작동하는 전자 장치에 연결되었다.

네덜란드 델프트 공과 대학(Delft University of Technology)의 멘노 벨드호스트(Menno Veldhorst)는 “현재 양자기술의 상태는 1950년대의 고전적인 컴퓨터와 비교할 만하다”고 설명한다. “그 당시에는 각 구성 요소를 개별적으로 납땜해야 했기 때문에 더 큰 회로에는 적합하지 않았다.”
앞으로 수백만 큐비트의 양자 컴퓨터에는 전자 회로와 양자 물리 회로가 통합된 양자 칩이 필요하다. 이를 위해서는 전자 장치와 큐비트도 온도 요구 사항 측면에서 서로 접근해야 한다.

뜨거운 큐비트로 비약적인 도약

이 방향에서 중요한 단계는 시드니에 있는 뉴사우스 웨일즈 대학교(University of New South Wales)에서 2명의 연구팀, Vordhorst 주변의 한 그룹과 Andrew Dzurak의 두 번째 그룹, 에 의해 이루어졌다.
두 가지 방법 모두 큐비트는 도핑된 실리콘의 양자점으로 구성된다. 과학자들은 이미 1.1과 1.5 켈빈에서 논리 연산을 계산할 수 있는 방식으로 이를 안정화할 수 있었다.

쥬락(Dzurak)은 “아직 매우 차지만 오늘날 칩을 0.1 Kelvin으로 냉각시키는 데 드는 수백만 달러 대신 수천 달러로 달성할 수 있는 온도”라고 설명했다. “양자 세계에서 이런 온도 상승은 극단적인 단계다.” 1.5 켈빈 값은 현재 양자 컴퓨터가 실행되는 온도(예 : IBM 또는 Google)의 온도보다 15 배 높다.

Veldhorst의 동료 루카 쁘띠(Luca Petit)도 열광적으로 설명했다. "모든 것이 모여 이 온도에서 처음으로 두 개의 양자비트로 작업을 수행 할 수 있었을 때 환상적인 순간이었다."

확장 가능하고 강력하며 저렴하다.

두 연구팀의 견해에 따르면, 그 결과는 더 큰 큐비트 수를 가진 양자 컴퓨터와 통합된 양자 회로로 가는 길을 열었다. Veldhorst는 “우리는 5년 안에 그러한 집적 회로를 가질 수 있을 것이다”고 말한다. “이것은 미래의 양자 컴퓨터로 향하는 정말 큰 걸음이었다.”

“또한 ‘뜨거운’ 큐비트는 이제 양자 컴퓨터가 일반적인 헬륨 시스템으로 냉각될 수 있기 때문에 훨씬 더 비용 효율적으로 건설을 수행 할 수 있다. 우리의 결과는 실제 비즈니스 및 정부 응용 프로그램을 위한 실험 시스템에서 저렴한 양자 컴퓨터까지의 길을 닦고 있다”라고 Dzurak은 말했다.
Nature, 2020; doi: 10.1038 / s41586-020-2171-6; doi : 10.1038 / s41586-020-2170-7
출처: Qutech, University of New South Wales

[더사이언스플러스=문광주]

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