3'00" 읽기
- 양자 비트와 달리 칼슘 이온으로 만들어진 양자 숫자는 읽을 수 있는 8개 상태
- 7개 상태는 활성 정보 전달자 역할, 8번째 에너지 수준은 다단계 읽기용
- 물리학, 화학 또는 재료 과학에서의 작업처럼 많은 시간, 복잡한 계산에 도움

0과 1을 넘어선 양자 컴퓨팅
논(non)-바이너리 양자 컴퓨터는 8개의 읽을 수 있는 상태를 가진 "qudits"를 기반으로 계산한다.

2개 대신 8개:
지금까지 양자 컴퓨터는 일반적인 디지털 기술에 적합했다. 양자 컴퓨터는 0과 1로 계산한다. 물리학자들은 이제 더 많은 일을 할 수 있는 양자 컴퓨터를 구축했다. 양자 비트와 달리 칼슘 이온으로 만들어진 양자 숫자는 읽을 수 있는 8개 상태를 가지므로 더 적은 양의 입자로 더 많은 컴퓨팅 성능을 가능하게 한다. 팀이 "Nature Physics"에 보고한 것처럼 이러한 논-바이너리 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨팅 변형보다 많은 응용 프로그램에 훨씬 더 적합할 수 있다. 

▲ 0과 1이 아닌 최대 8개의 상태 - 이것은 양자 숫자로 가능하다. © Uni Innsbruck / Harald Ritch

컴퓨터는 이진법으로 계산한다. 정보는 0과 1의 순서로 인코딩된다.
이 표준은 전체 디지털 세계를 형성하므로 현재까지 양자 컴퓨터에도 사용되었다. 양자 컴퓨팅에 사용되는 입자(원자, 이온 또는 가상 전하점)는 일반적으로 2개 이상의 상태를 가정할 수 있지만 실제 응용 분야에서는 그 중 2개만 선택된다. 따라서 양자 비트는 기존 비트 및 바이트와 동일한 코드에 따라 정보를 인코딩한다.

2비트가 아닌 8개의 "숫자“

다른 방법이 있다. "양자 컴퓨터의 물리적 구성 요소는 0과 1보다 훨씬 더 많은 일을 할 수 있다"라고 인스부르크 대학의 마틴 링바우어(Martin Ringbauer)는 설명한다. "이진 시스템에 대한 제한은 이러한 컴퓨터의 실제 잠재력을 앗아간다." Ringbauer와 그의 동료들은 이제 인위적으로 두 가지 상태로 제한되는 큐비트 대신 다중 수준 양자 숫자(qudits)로 계산하는 것이 가능한지 여부를 시도했다.

물리학자들은 이온 트랩에 있는 일련의 칼슘 이온을 새로운 Qudit 양자 컴퓨터의 기초 및 기본 계산 단위로 사용했다. 이러한 이온은 외부에서 적용된 자기장을 통해 다른 에너지 상태로 들뜰 수 있다. 이러한 상태 중 8개는 정보를 인코딩하는 데 사용하고 읽을 수 있을 만큼 충분히 구별된다.

첫 번째 계산 테스트 성공

이러한 8가지 입자 상태를 사용한 실제 계산을 위해 연구원들은 이러한 qudit을 다양한 계산을 가능하게 하는 논리적 게이트로 결합했다. 7개 상태는 활성 정보 전달자 역할을 했으며 8번째 에너지 수준은 다단계 읽기용으로 예약되었다. qudits의 에너지 수준은 형광 측정을 통해 점차적으로 쿼리된다.

초기 테스트에서 Qudit 양자 컴퓨터는 기존 큐비트 프로세서와 유사한 오류율로 작업을 완료했다. 따라서 컴퓨팅 상태만큼 0과 1만 있는 양자 컴퓨터만큼 안정적으로 작동한다. Ringbauer와 그의 동료들은 "따라서 우리는 일반적인 이온 트랩 하드웨어를 기반으로 작동하는 범용 Qudit 양자 프로세서를 시연하고 있다“고 말했다.

많은 응용 분야에 대한 이점

연구원들에 따르면, 이러한 논바이너리 양자 컴퓨터는 양자 기반 컴퓨팅의 잠재력을 최대한 활용할 수 있는 기회를 제공한다. 0과 1보다 많은 계산은 또한 많은 응용 분야에 유리하다. 물리학, 화학 또는 재료 과학에서의 작업처럼 현재의 양자 컴퓨터는 많은 시간이 걸리고 계산이 복잡함에 틀림없다.

Ringbauer는 "0과 1 이상으로 계산하는 것은 양자 컴퓨터에 이상적일 뿐만 아니라 많은 응용 분야에서 훨씬 더 자연스럽다"며 "이 접근 방식을 통해 양자 컴퓨터의 잠재력을 최대한 활용할 수 있다"라고 설명했다.
(Nature Physics, 2022; doi: 10.1038/s41567-022-01658-0)
출처: University of Innsbruck

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]