실리콘에서 6큐비트 양자 프로세서의 전체 제어

[아름이]

실리콘에서 6큐비트 양자 프로세서의 전체 제어
날짜:
2022년 9월 29일
원천:
델프트 공과대학교
요약:
연구원들은 완전히 상호 운용 가능한 어레이에서 기록적인 수의 6개의 실리콘 기반 스핀 큐비트를 설계했습니다. 중요한 것은 큐비트는 새로운 칩 설계, 자동화된 보정 절차, 큐비트 초기화 및 판독을 위한 새로운 방법으로 달성되는 낮은 오류율로 작동할 수 있다는 것입니다. 이러한 발전은 실리콘 기반의 확장 가능한 양자 컴퓨터에 기여할 것입니다.

Delft University of Technology와 TNO 간의 공동 작업인 QuTech의 연구원들은 완전히 상호 운용 가능한 어레이에서 기록적인 수의 6개의 실리콘 기반 스핀 큐비트를 설계했습니다. 중요한 것은 큐비트는 새로운 칩 설계, 자동화된 보정 절차, 큐비트 초기화 및 판독을 위한 새로운 방법으로 달성되는 낮은 오류율로 작동할 수 있다는 것입니다. 이러한 발전은 실리콘 기반의 확장 가능한 양자 컴퓨터에 기여할 것입니다. 결과는 오늘 네이처 에 게재되었습니다 .

고전 컴퓨터의 비트와 유사한 양자 유사체인 큐비트를 생성하는 데 다양한 재료를 사용할 수 있지만, 대규모 양자 컴퓨터를 구축하는 데 어떤 재료가 가장 적합한지 아무도 모릅니다. 지금까지 고품질 큐비트 작업을 지원하는 실리콘 양자 칩의 시연은 소규모에 불과했습니다. 이제 Lieven Vandersypen 교수가 이끄는 QuTech의 연구원들은 낮은 오류율로 작동하는 6큐비트 실리콘 칩을 생산했습니다. 이것은 실리콘을 사용하는 내결함성 양자 컴퓨터를 향한 주요 단계입니다.

큐비트를 만들기 위해 개별 전자는 90나노미터 간격으로 6개의 '양자점'으로 이루어진 선형 배열에 배치됩니다. 양자점 배열은 모든 컴퓨터 칩의 공통 구성요소인 트랜지스터와 매우 유사한 구조를 가진 실리콘 칩으로 만들어집니다. 스핀이라는 양자 역학적 속성은 0 또는 1 논리 상태를 정의하는 방향으로 큐비트를 정의하는 데 사용됩니다. 연구팀은 미세하게 조정된 마이크로파 복사, 자기장 및 전위를 사용하여 개별 전자의 스핀을 제어 및 측정하고 서로 상호 작용하도록 했습니다.

제1저자인 스테판 필립스(Stephan Philips)는 "오늘날 양자 컴퓨팅 문제는 두 부분으로 구성된다"고 설명했다. "충분히 좋은 품질의 큐비트를 개발하고 큐비트의 대규모 시스템을 구축할 수 있는 아키텍처를 개발합니다. 우리의 작업은 두 범주 모두에 해당합니다. 그리고 양자 컴퓨터를 구축하는 전반적인 목표는 엄청난 노력이기 때문에 저는 그것이 우리가 올바른 방향으로 기여했다고 말할 수 있습니다."

전자의 스핀은 섬세한 속성입니다. 전자기 환경의 작은 변화로 인해 스핀 방향이 변동하고 이는 오류율을 증가시킵니다. QuTech 팀은 전자의 스핀 상태를 준비, 제어 및 판독하기 위한 새로운 방법으로 양자점을 엔지니어링한 이전 경험을 기반으로 합니다. 이 새로운 큐비트 배열을 사용하여 필요에 따라 2개 또는 3개의 전자로 구성된 논리 게이트 및 얽힘 시스템을 만들 수 있습니다.

50개 이상의 큐비트를 가진 양자 어레이는 초전도 큐비트를 사용하여 생산되었습니다. 그러나 실리콘 엔지니어링 인프라의 글로벌 가용성으로 인해 실리콘 양자 장치가 연구에서 산업으로 더 쉽게 마이그레이션할 수 있다는 약속을 받았습니다. 실리콘은 특정 엔지니어링 문제를 야기하며, QuTech 팀의 이 작업이 있을 때까지 품질 저하 없이 실리콘에서 최대 3개의 큐비트 어레이만 엔지니어링할 수 있었습니다.

"이 논문은 신중한 엔지니어링으로 단일 큐비트와 동일한 정밀도를 유지하면서 실리콘 스핀 큐비트 수를 늘릴 수 있음을 보여줍니다. 이 연구에서 개발된 핵심 빌딩 블록은 다음 반복에서 더 많은 큐비트를 추가하는 데 사용될 수 있습니다. 연구"라고 공동 저자인 Dr. Mateusz Madzik이 말했습니다.

Vandersypen 교수는 "이 연구에서 우리는 실리콘의 큐비트 수의 한계를 뛰어넘고 높은 초기화 충실도, 높은 판독 충실도, 높은 단일 큐비트 게이트 충실도 및 높은 2큐비트 상태 충실도를 달성합니다."라고 말했습니다. "정말 눈에 띄는 것은 기록적인 수의 큐비트에 대한 단일 실험에서 이러한 모든 특성을 함께 시연한다는 것입니다."

출처 : https://www.sciencedaily.com/