.Supercharged Qubits: How MIT’s Quarton Coupler Accelerates Quantum Computing
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.Supercharged Qubits: How MIT’s Quarton Coupler Accelerates Quantum Computing
슈퍼차지 큐비트: MIT의 쿼톤 커플러가 양자 컴퓨팅을 가속화하는 방법
Adam Zewe, 매사추세츠 공과대학교2025년 5월 2일 양자 컴퓨팅 커플러 아트 컨셉 MIT 과학자들은 양자 컴퓨터의 정보 측정 및 처리 속도를 높이는 강력한 새로운 커플러를 개발했습니다. 이는 훨씬 적은 오류로 작동하는 실제 양자 기계를 만드는 데 도움이 될 수 있습니다. 출처: SciTechDaily.com
MIT에서 설계한 새로운 회로는 기록적인 비선형 결합을 달성하여 양자 연산을 획기적으로 빠르게 수행할 수 있게 됐습니다. 이 발전의 핵심은 빛-물질 상호작용과 물질-물질 상호작용을 모두 향상시키는 "쿼턴 커플러"입니다. 이러한 발전은 오류 수정 및 계산 충실도에 필수적인 양자 판독 속도 향상으로 이어질 수 있습니다.
양자 컴퓨팅의 속도 잠재력 해제 양자 컴퓨터는 재료 과학이나 인공지능 과 같은 분야에 혁명을 일으킬 잠재력을 가지고 있습니다 . 언젠가는 복잡한 재료를 시뮬레이션하거나 오늘날의 성능을 훨씬 뛰어넘는 머신러닝 모델을 가속화할 수 있을 것입니다. 하지만 이러한 획기적인 발전은 양자 컴퓨터가 극도로 빠르게 작동할 수 있어야만 가능합니다. 안정적으로 작동하려면 양자 상태를 측정하고 누적된 오류로 인해 결과가 손상되기 전에 오류 정정을 적용해야 합니다.
판독이라고 불리는 이 과정은 광자(양자 정보를 전달하는 빛 입자)가 인공 원자(이 정보를 저장하는 양자 구성 요소)와 얼마나 강하게 상호 작용하는지에 따라 달라집니다.
강력한 비선형 빛-물질 결합을 갖춘 양자 회로 연구진은 양자 회로에서 매우 강력한 비선형 광-물질 결합을 입증했습니다. 강력한 결합은 양자 컴퓨팅의 기본 정보 단위인 큐비트를 사용하여 더 빠른 판독 및 연산을 가능하게 합니다. 출처: 크리스틴 다닐로프, MIT
더 강력한 빛-물질 결합 달성 MIT 연구진은 양자 시스템에서 관측된 것 중 가장 강력한 비선형 빛-물질 결합을 시연했습니다. 이 획기적인 발견을 통해 양자 컴퓨터는 단 몇 나노초 만에 연산과 판독을 수행할 수 있게 될 것입니다. 연구팀은 새로운 초전도 회로 설계를 사용하여 기존 연구보다 약 10배 더 높은 결합 강도를 달성했습니다. 이러한 향상은 양자 프로세서의 속도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 이 아키텍처는 실제 양자 컴퓨터에 배포하기에 아직 준비되지 않았지만, 기본 물리학을 증명한 것은 중요한 이정표라고 주저자인 Yufeng "Bright" Ye(SM '20, PhD '24)는 말합니다. "이것은 양자 컴퓨팅 의 병목 현상 중 하나를 실질적으로 제거할 것입니다 .
일반적으로 오류 수정 라운드 사이에 계산 결과를 측정해야 합니다. 이를 통해 결함 허용 양자 컴퓨팅 단계에 도달하는 속도를 높이고 양자 컴퓨터를 실제 응용 프로그램과 가치로 활용할 수 있게 될 것입니다."라고 Ye는 말합니다. 이 논문에는 MIT 전자연구실의 부교수이자 책임 연구원인 케빈 오브라이언(Kevin O'Brien)이 수석 저자로 참여했습니다. 오브라이언은 MIT 전기공학 및 컴퓨터공학과(EECS) 양자결맞음전자연구그룹(Quantum Coherent Electronics Group)을 이끌고 있으며, MIT, MIT 링컨 연구소, 하버드 대학교의 다른 연구진들도 참여했습니다.
이 연구는 4월 30일 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 에 게재되었습니다 . 쿼튼 커플러의 획기적인 발전 이 물리적 시연은 오브라이언 그룹이 수년간 진행한 이론적 연구를 바탕으로 만들어졌습니다. Ye는 2019년에 박사과정 학생으로 연구실에 합류한 후 양자 정보 처리를 향상시키기 위해 특수 광자 검출기를 개발하기 시작했습니다. 그 연구를 통해 그는 큐비트 간의 상호작용을 원활하게 하는 장치인 새로운 유형의 양자 커플러를 발명했습니다.
큐비트는 양자 컴퓨터의 구성 요소입니다. 이른바 쿼톤 커플러라고 불리는 이 장치는 양자 연산과 판독에 매우 다양한 응용 가능성을 가지고 있어 곧 연구실의 주요 연구 주제가 되었습니다. 비선형성과 양자 속도 이 쿼톤 커플러는 대부분의 양자 알고리즘을 실행하는 데 필수적인 매우 강력한 비선형 결합을 생성할 수 있는 특수한 유형의 초전도 회로입니다. 연구진이 커플러에 더 많은 전류를 공급할수록 더욱 강력한 비선형 상호작용이 생성됩니다. 이러한 의미에서 비선형성은 시스템이 각 부분의 합보다 더 큰 방식으로 작동하여 더욱 복잡한 특성을 나타낸다는 것을 의미합니다. "양자 컴퓨팅에서 유용한 상호작용의 대부분은 빛과 물질의 비선형 결합에서 비롯됩니다. 다양한 유형의 결합을 더욱 다재다능하게 활용하고 결합 강도를 높일 수 있다면, 양자 컴퓨터의 처리 속도를 근본적으로 향상시킬 수 있습니다."라고 Ye는 설명합니다.
양자 상태를 더 빠르게 측정 양자 판독을 위해 연구자들은 큐비트에 마이크로파 빛을 비추면, 큐비트의 상태(0 또는 1)에 따라 관련 판독 공진기의 주파수가 변합니다. 이 주파수 변이를 측정하여 큐비트의 상태를 결정합니다. 큐비트와 공진기 사이의 비선형적 빛-물질 결합을 통해 이러한 측정 과정이 가능해졌습니다. MIT 연구진은 칩에 있는 두 개의 초전도 큐비트에 연결된 쿼톤 커플러를 갖춘 아키텍처를 설계했습니다. 그들은 하나의 큐비트를 공진기로, 다른 큐비트를 양자 정보를 저장하는 인공 원자로 사용했습니다 . 이 정보는 광자라고 불리는 마이크로파 빛 입자의 형태로 전달됩니다.
Ye는 "초전도 인공 원자와 신호를 전달하는 마이크로파 빛 사이의 상호 작용은 기본적으로 초전도 양자 컴퓨터 전체가 구축되는 방식입니다."라고 설명했습니다. 지금까지 가장 빠른 판독 시스템 구축 쿼톤 커플러는 큐비트와 공진기 사이에 비선형적인 빛-물질 결합을 생성하는데, 이는 연구자들이 이전에 달성했던 것보다 약 10배 더 강력합니다. 이를 통해 초고속 판독이 가능한 양자 시스템을 구현할 수 있습니다. "이 연구가 이야기의 끝은 아닙니다.
이는 기본적인 물리학적 증명일 뿐이지만, 현재 연구팀에서는 매우 빠른 판독을 실현하기 위한 연구가 진행 중입니다."라고 오브라이언은 말합니다. 이를 위해서는 필터와 같은 추가 전자 부품을 추가하여 더 큰 양자 시스템에 통합될 수 있는 판독 회로를 만들어야 합니다. 연구진은 또한 양자 연산에 중요한 큐비트 상호작용의 또 다른 유형인 매우 강력한 물질-물질 결합을 입증했습니다. 이는 연구진이 향후 연구를 통해 탐구할 또 다른 분야입니다.
내결함성 양자 미래를 향하여 빠른 연산과 판독은 양자 컴퓨터에 특히 중요한데, 큐비트는 유한한 수명을 가지고 있기 때문입니다. 이 개념을 코히어런스 시간이라고 합니다. 더 강력한 비선형 결합은 양자 프로세서가 더 빠르고 더 낮은 오류로 실행될 수 있도록 하여, 큐비트가 동일한 시간 내에 더 많은 연산을 수행할 수 있도록 합니다. 이는 큐비트가 수명 동안 더 많은 오류 수정 라운드를 수행할 수 있음을 의미합니다. Ye는 "오류 수정을 더 많이 실행할수록 결과의 오류는 줄어든다"고 말했습니다.
장기적으로 이 연구는 과학자들이 실용적이고 대규모 양자 계산에 필수적인 내결함성 양자 컴퓨터를 만드는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 연구는 육군 연구 사무국, AWS 양자 컴퓨팅 센터, MIT 양자 공학 센터의 지원을 받아 진행되었습니다.
참고문헌: Yufeng Ye, Jeremy B. Kline, Alec Yen, Gregory Cunningham, Max Tan, Alicia Zang, Michael Gingras, Bethany M. Niedzielski, Hannah Stickler, Kyle Serniak, Mollie E. Schwartz, Kevin P. O'Brien 저, “초전도 회로에서의 근초강력 비선형 광-물질 결합”, 2025년 4월 30일, Nature Communications . DOI: 10.1038/s41467-025-59152-z
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메모 2505030428_소스1.분석중【】
_[3-1】두개의 큐비트 구체는 쿼톤 커플러로 불리는 모양이다. 이것은 보기2. 2개의 1차원 초전도체를 연상시키는 빛줄기를 따라 2개의 구체가 상호작용하는 큐비트 모드로 재현 시킨다면 하나는 공진기 1+1=2, 또다른 하나는 인공원자 1-1=0으로 사용될 수 있다. 어허.
보기2.의 2qvixer가 공진기와 인공원자의 2qcell.qbit(0,2)를 만들어낸다. 허허. 물론 보기2. 업버전들은 무한히 많고 고차원 큐비트들도 흔하다. nqcell은 {qbit|00000000,2,3,4,5...}을 형성하여 우주 규모의 수많은 큐비트 정보를 순간적으로 처리한다. 어허.
보기2.
sample qoms (standard)
0000000011=2,0
0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001
2-2.양자 상태를 더 빠르게 측정
양자 판독을 위해 연구자들은 큐비트에 마이크로파 빛을 비추면, 보기2. 업 업버전 규모에 큐비트의 상태(0000000000 또는 1111111,22222,3333....)에 따라 관련 판독 수천억조개의 공진기.인공원자의 주파수가 변한다. 이 주파수 변이를 측정하여 큐비트의 상태를 결정한다. 어허.
큐비트와 공진기 사이의 비선형적 우주의 모든 빛-물질(아원자들) 결합을 통해 측정 과정이 손쉽게 가능해진다. 어허.
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