양자 컴퓨팅의 열역학

[아름이]

양자 컴퓨팅의 열역학
날짜:
2023년 1월 10일
원천:
콘스탄츠 대학교
요약:
양자 컴퓨터 연구에서 지금까지 가장 간과되었던 한 가지 측면은 열의 발생이다. 물리학자들은 이제 간섭 요인으로서 열에 관심을 집중하고 초전도 양자 시스템에서 생성된 열을 실험적으로 측정하는 방법을 개발했습니다.

열과 컴퓨터는 잘 섞이지 않습니다. 컴퓨터가 과열되면 제대로 작동하지 않거나 충돌할 수도 있습니다. 그러나 미래의 양자 컴퓨터는 어떻습니까? 이러한 고성능 장치는 열에 훨씬 더 민감합니다. 이것은 그들의 기본 계산 단위인 양자 비트 또는 "큐비트"가 매우 민감한 단위를 기반으로 하기 때문이며, 일부는 개별 원자이며 열은 중요한 간섭 요인이 될 수 있습니다.

기본 딜레마: 큐비트의 정보를 검색하려면 양자 상태를 파괴해야 합니다. 공정에서 방출되는 열은 민감한 양자 시스템을 방해할 수 있습니다. 결과적으로 양자 컴퓨터 자체의 열 생성이 문제가 될 수 있다고 의심되는 물리학자 Wolfgang Belzig(University of Konstanz), Clemens Winkelmann(Néel Institute, Grenoble) 및 Jukka Pekola(Aalto University, Helsinki). 실험에서 연구원들은 이제 초전도 양자 시스템에 의해 생성된 열을 문서화했습니다. 이를 위해 1큐비트를 읽는 과정에서 온도 곡선을 100만분의 1초까지 정확하게 측정해 표시할 수 있는 방법을 개발했다. Wolfgang Belzig는 "이는 프로세스가 진행되는 동안 모니터링하고 있음을 의미합니다."라고 말합니다. 이 방법은 최근 저널에 게재되었습니다.자연 물리학 .

열을 발생시키는 초전도 양자 시스템

지금까지 양자 컴퓨팅에 대한 연구는 이러한 고성능 컴퓨터를 작동시키는 기본 사항에 중점을 두었습니다. 많은 연구는 주로 양자 비트를 결합하고 큐비트에 최적인 재료 시스템을 식별하는 것과 관련됩니다. 열 발생에 대한 고려는 거의 이루어지지 않았습니다. 특히 이상적인 전도 물질로 구성된 초전도 큐비트의 경우 연구원들은 종종 열이 발생하지 않거나 그 양이 무시할 수 있다고 가정했습니다. Wolfgang Belzig는 "그것은 사실이 아닙니다. 사람들은 종종 양자 컴퓨터를 이상적인 시스템으로 생각합니다. 그러나 초전도 양자 시스템의 회로도 열을 발생시킵니다."라고 덧붙입니다. 얼마나 많은 열이 연구자들이 이제 정확하게 측정할 수 있는 것입니다.

양자 비트용 온도계

측정 방법은 초전도 양자 시스템을 위해 개발되었습니다. 이러한 시스템은 중앙 전자 소자로 "조셉슨 접합"을 사용하는 초전도 회로를 기반으로 합니다. "저희는 이러한 접점의 전도도를 기반으로 전자 온도를 측정합니다. 이것은 그 자체로는 특별한 것이 아닙니다. 많은 전자 온도계는 어떤 식으로든 저항을 사용하여 전도도를 측정하는 방식을 기반으로 합니다. 유일한 문제는 측정을 얼마나 빨리 수행할 수 있는지입니다. ?" Clemens Winkelmann이 설명합니다. 양자 상태의 변화는 100만분의 1초밖에 걸리지 않습니다.

"우리의 요령은 특정 주파수에서 강한 응답을 생성하는 진동 회로인 공진기 내부의 온도를 측정하는 저항을 갖는 것입니다. 이 공진기는 600MHz에서 진동하며 매우 빠르게 읽을 수 있습니다."라고 Winkelmann은 설명합니다.

항상 열이 발생합니다

실험적 증거를 통해 연구원들은 양자 시스템의 열역학적 프로세스에 관심을 갖기를 원합니다. "양자 컴퓨팅 세계에 대한 우리의 메시지는 다음과 같습니다. 열 발생에 주의하고 조심하십시오. 우리는 정확한 양을 측정할 수도 있습니다."라고 Winkelmann은 덧붙입니다.

이 열 생성은 특히 양자 시스템 확장과 관련이 있을 수 있습니다. Wolfgang Belzig는 다음과 같이 설명합니다. 개발자는 결과적으로 더 많은 열이 발생하고 시스템을 적절하게 냉각해야 한다는 점을 고려해야 합니다."

이 연구는 콘스탄츠 대학의 협업 연구 센터 SFB 1432 "균형을 넘어선 고전 및 양자 물질의 변동 및 비선형성" 맥락에서 수행되었습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/