KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-11-16
세계에서 첫 번째로 프로그램 가능하도록 대중화된 양자컴퓨터가 그 능력을 시험하기 시작했다. 그러나 테스트 프로그램이 중요한 장애물이라는 것이 밝혀졌다. 왜냐하면 기기가 실질적인 작업을 준비하기 전에 이것을 극복해야하기 때문이다.
올해 초, Colorado주 Boulder에 있는 국립표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology)팀은 두 개의 양자비트, 즉, 큐비트를 처리할 수 있는 양자컴퓨터를 제작하였다. 큐비트는 기존에 온, 오프로 간단히 처리할 수 있는 것보다 더 많은 정보를 저장한다. 이것은 양자컴퓨터가 암호해독과 같은 작업에서 기존의 컴퓨터보다 더 우월하다는 것을 의미한다.
고전적인 컴퓨터에서와 같이, 연속적인 로직게이트들은 정보를 처리하게 된다.-그러나 여기에서 게이트들은 양자로직, 즉, 큐비트 게이트들을 말하는 것이다. “예를 들어서, 간단한 단일 큐비트 게이트는 1에서 0으로, 그리고 이와 반대로 변화하게 된다.” 라고 팀의 멤버인 David Hanneke가 말했다. 그러나 고전적인 컴퓨터의 물리적인 로직게이트와는 다르게, 팀에서 사용된 양자 로직게이트들은 레이저 펄스를 이용하여 각각 인코딩된다.
*로직 트릭(Logic trick)
실험기기에서 레이저 펄스 양자게이트가 큐비트에서 간단한 로직 동작을 실행하는 동안 그것들을 회전시켜서 큐비트를 저장하는데 베릴륨 이온을 사용하였다. 양자 로직 게이트를 만들기 위한 방법은 정보를 처리하기 위하여 베릴륨 이온을 조작하는 연속적인 레이저 펄스를 디자인하는 것이었다. 그때 또 다른 레이저는 계산결과를 읽어내게 된다.
“우리가 이러한 방법으로 많은 요소들이 성공적으로 결합시킨 것을 증명하였을 때, 우리는:이것을 가지고 무엇을 할 수 있을까?” 라고 Hanneke가 말했다. 그들은 양자계산이론에서 답을 찾게 되었다. “양자정보의 초기시절에 이룬 가장 흥미로운 결과 중 하나는 단지 하나 및 두 개의 큐비트 로직게이트를 사용하여 얼마든지 큐비트에 대한 어떤 양자동작을 실행할 수 있다는 것이다.” 라고 Hanneke가 말했다. 하나 또는 두 개의 큐비트 게이트가 이미 만들어졌고, 특정 알고리즘을 수행했을지라도, 어느 누구도 모든 양자루틴을 처리할 수 있는 기기를 아직까지 만들지 못했다.
* 무한한 가능성(Infinite possibilities)
기기의 중심에는 약 200um의 작은 전자기 트랩을 가지고 있는 금색무늬의 알루미늄 웨이퍼가 있다. 이 팀은 이것에 4개의 이온을 배치시켰다-두개는 마그네슘, 두 개는 베릴륨이다. 마그네슘 이온은 이온 체인의 불필요한 진동을 제거하고, 기기를 안정시키도록 해주는 완화제의 역할을 한다.
두 개의 큐비트로 동작할 수 있는 것은 무한히 많다. 그래서 팀은 프로세서의 보편성을 증명하기 위해 160개 중에서 무작위로 선택하였다. 각각의 동작은 레이저 펄스로 인코딩된 31개의 다른 양자게이트를 가지고 두 개의 큐비트를 히팅하는 것을 포함하고 있다. 대부분은 단일 큐비트 게이트였다. 그래서 펄스는 단지 하나의 이온과 상호작용하는 것이 필요했다. 그러나 몇 가지들은 양쪽 이온들과 상호작용하기 위하여 펄스가 요구되는 두 개의 큐비트 게이트였다. 트랩을 둘러싸고 있는 금전극의 전압을 제어하기 위하여, 이 팀은 하나의 큐비트 게이트가 필요할 때 이온을 연결하였다. 그리고나서 두 개의 큐비트 동작을 위해 다시 그것들을 연결하였다.
*완벽하지 않은(Not perfect)
이 팀은 160개 프로그램을 각각 900번 정도 구동하였다. 이론적인 예측에 따른 결과와 비교하기 위해, 그들은 프로세서가 계획대로 동작하는 것을 보여줄 수 있었다. 그러나 이것은 단지 79%의 정확성만을 가졌다고 Hanekke가 말했다. “각각 게이트는 90% 이상의 정확성을 가진다. 그러나 당신이 그것을 다함께 쌓았을때는 정확도가 79%로 떨어지게 되거나 또는 이렇게 주어진 동작을 하게 된다.” 라고 그가 말했다. 이것은 게이트처럼 동작하는 각각의 레이저 펄스가 강도에서 약간의 차이를 가지기 때문이다. “그것들은 정확히 온, 오프하는 사각의 펄스가 아니라 변동하게 된다. 그리고 빔은 미리 분할, 반사 및 다양한 방법으로 조작된다. 이것은 또한 에러를 낳게 된다.” 라고 그가 말했다.
이러한 에러들은 더 광범위한 연산의 결과를 만들게 된다. 이것이 양자컴퓨터의 유용한 요소가 되기 전에 충실도(fidelity)는 약 99.9%를 넘어야 할 것이다. 그러한 것들은 레이저의 안정성을 향상시키고, 광학 하드웨어에서의 에러를 줄인다면 가능할 것이라고 이 팀은 말하고 있다.
만약 이러한 정확도 수준에 다다르게 된다면, 새로운 칩은 유용한 양자프로세서의 필수적인 부분을 형성할 수 있을 것이다. “만약 단순하고, 반복적인 작업을 하게 된다면, 그렇게 하기 위하여 프로세서의 특정 지역을 가져야 할지도 모른다. 그러나 당신은 모든 종류의 것들을 할 수 있는 영역이 필요할 것이다.-이것은 단지 이러한 기기일 뿐이다.” 라고 그가 말했다.
출처 : http://www.newscientist.com/article/dn18154-first-universal-programmable-quantum-computer-unveiled.html
