IQT의 '저널클럽'은 최근 양자 기술 연구 논문을 분석하고 그것이 양자 생태계에 미치는 영향을 논의하는 주간 기사 시리즈입니다. 이번 주는 많이 논의된 주제에 초점을 맞췄습니다. 자연 종이 하버드 대학, MIT, 메릴랜드 대학/NIST 및 QuEra의 연구원들이 발표한 오류 수정에 대해 언론은 "99.5개의 중성 원자 큐비트에서 전례 없는 60%의 충실도를 갖는 XNUMX큐비트 얽힘 게이트를 성공적으로 시연했습니다"라고 언론에 밝혔습니다. 최근 출시가 발표되었습니다. 

양자 오류 수정 및 논리 양자 프로세서 영역의 최근 개발 덕분에 양자 컴퓨팅 분야는 획기적인 발전을 눈앞에 두고 있습니다. 이것 새로운 연구 양자 기술 분야의 가장 큰 핵심 기업(MIT, 하버드 대학교, NIST/메릴랜드 대학교 및 퀘라)는 양자 컴퓨팅에서 가장 어려운 과제 중 하나인 대규모 시스템의 오류 수정을 해결하는 데 중요한 진전을 예고합니다.

양자 오류 수정의 중요성

양자 컴퓨팅은 특정 복잡한 문제를 해결하는 데 있어 기존 컴퓨터보다 뛰어난 성능을 발휘할 것을 약속합니다. 그러나 이러한 잠재력을 대규모로 실현하려면 예외적으로 낮은 게이트 오류율이 필요하며, 이는 물리적 장치로는 달성하기 어려운 목표입니다. 해결책은 여러 중복된 물리적 큐비트에 논리적 큐비트의 정보를 분산시키는 양자 오류 수정(QEC)에 있습니다. 이러한 중복성을 통해 일부 물리적 큐비트가 실패하더라도 시스템은 무결성을 유지할 수 있습니다. 이론적으로 이는 충분한 큐비트와 충분히 낮은 물리적 오류율을 통해 논리적 큐비트가 높은 충실도로 작동하여 대규모 알고리즘의 길을 열 수 있음을 의미합니다.

개념적 매력에도 불구하고 실제로 유용한 QEC를 구현하는 데에는 고유한 과제가 따릅니다. 여기에는 필요한 물리적 큐비트 수의 상당한 오버헤드와 비국소화된 논리적 자유도 사이의 게이트 작업의 복잡성이 포함됩니다.

양자 프로세서 설정

이 새로운 연구에서는 이러한 장애물을 극복하는 프로그래밍 가능한 양자 프로세서를 소개합니다. 프로세서는 재구성 가능한 중성 원자 배열의 논리적 큐비트에 대한 논리적 수준 제어를 기반으로 합니다. 최대 280개의 물리적 큐비트를 특징으로 하며 대규모 코드로의 확장, 내결함성, 복잡한 회로 구현을 포함하여 QEC의 다양한 주요 측면을 보여줍니다.

이 논리 프로세서의 아키텍처는 특히 독창적입니다. 밀도가 높은 큐비트 저장을 위한 저장 영역, 논리적 큐비트 인코딩 및 게이트 작업을 위한 얽힘 영역, 논리적 또는 물리적 큐비트의 중간 회로 판독을 위한 판독 영역의 세 가지 영역으로 분할됩니다. 이 설계는 효율적인 제어를 가능하게 하고 얽힘 게이트 오류를 ​​최소화합니다. 이는 계산 프로세스 전반에 걸쳐 일관성을 유지하는 데 중요합니다.

오류 수정 결과

이 프로세서의 주목할만한 성과 중 하나는 표면 코드 거리를 확장하여 성능이 향상된 40큐비트 논리 게이트를 성공적으로 시연했다는 것입니다. 또한 논리적 GHZ 상태(여러 입자가 얼마나 멀리 떨어져 있더라도 각 입자의 상태를 다른 입자와 독립적으로 설명할 수 없는 방식으로 여러 입자가 연결된 특수 양자 상태)의 내결함성 생성을 달성했습니다. 얽힘 순간이동 및 48개의 색상 코드 큐비트 작동. 보다 복잡한 시연에서 프로세서는 하이퍼큐브 연결과 얽힌 최대 XNUMX개의 논리 큐비트로 샘플링 회로를 실현했으며, 이는 논리 인코딩이 알고리즘 성능을 크게 향상시킨다는 것을 보여줍니다.

이러한 발전은 단순한 이론적인 성과가 아닙니다. 이는 초기 오류 수정 양자 계산의 실용적인 응용 프로그램을 나타내며 대규모 논리 프로세서를 향한 경로를 도표화합니다. 이 개발은 오류를 효과적으로 관리하면서 양자 컴퓨팅을 확장할 수 있는 실행 가능한 방법을 보여주기 때문에 양자 기술에 있어 큰 의미를 갖습니다. 이것의 의미는 엄청나며 잠재적으로 기존 컴퓨팅의 범위를 훨씬 넘어서는 문제를 해결할 수 있는 양자 컴퓨터의 실현에 더 가까워질 수 있습니다.

Kenna Hughes-Castleberry는 Inside Quantum Technology의 편집장이자 JILA(콜로라도 대학 볼더 대학과 NIST 간의 파트너십)의 과학 커뮤니케이터입니다. 그녀의 글쓰기 분야에는 딥 테크, 양자 컴퓨팅 및 AI가 포함됩니다. 그녀의 작품은 Scientific American, Discover Magazine, New Scientist, Ars Technica 등에 소개되었습니다.

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• 출처: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/iqts-journal-club-a-new-look-on-simulation-of-molecular-materials/