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Qudit 컴퓨터는 바이너리 시스템을 뛰어넘어 무한한 가능성을 열어줍니다.

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대부분의 양자 컴퓨터는 0 또는 1의 두 숫자를 개별적으로 나타낼 수 있는 양자 비트 또는 "큐비트"에 의존합니다. 연구원들은 이제 각각 XNUMX개의 숫자를 인코딩할 수 있는 "qudits"라고도 하는 양자 숫자를 기반으로 하는 양자 컴퓨터를 만들었습니다. . 더 적은 수의 부품으로 더 많은 처리 능력을 제공하는 것 외에도 이 컴퓨터는 큐비트 컴퓨터보다 복잡한 문제를 해결하는 데 더 효과적일 수 있습니다.

Qudit 컴퓨터는 7과 1 대신 0개의 숫자를 인코딩합니다.

대부분의 양자 컴퓨터는 큐비트를 사용하는 반면 클래식 컴퓨터는 데이터를 비트(1 및 0)로 저장합니다. 큐비트는 중첩이라고 알려진 상태에서 동시에 1과 0이 될 수 있습니다. 본질적으로 이것은 각 큐비트가 동시에 두 가지 계산을 수행할 수 있도록 합니다. 처리 능력은 양자 역학적으로 연결되거나 얽힌 큐비트의 수에 따라 기하급수적으로 증가할 수 있습니다.

Qudit 컴퓨터는 이진 시스템을 초과하여 무한한 가능성을 엽니다.
x 큐비트를 갖는 양자 컴퓨터에서 2x 계산이 수행될 수 있음

계산을 완료하는 가장 쉬운 방법은 데이터를 0 또는 1로 인코딩하는 것입니다. 연구의 주요 저자에 따르면 마틴 링바우어, 오스트리아 인스부르크 대학의 양자 물리학자인 이 장치를 이진 데이터로 제한하면 잠재력을 최대한 발휘할 수 없습니다.

즉, x 큐비트를 갖는 양자 컴퓨터에서 2x 계산이 수행될 수 있다. x개의 qudit을 갖는 기계(여기서 D는 qudit당 상태 수)는 그럼에도 불구하고 Dx 수의 계산을 수행할 수 있습니다.

Ringbauer는 "이는 큐딧을 사용할 때 더 적은 수의 양자 입자로 동일한 정보를 인코딩할 수 있음을 의미합니다"라고 설명합니다.

Ringbauer는 qudits가 “qubit 시스템에서는 불가능한 여러 가지 방식으로 얽힐 수 있습니다. 이것은 우리가 더 효율적으로 계산을 수행할 수 있게 해주기 때문에 중요한 이점입니다.”

Qudit 컴퓨터는 이진 시스템을 초과하여 무한한 가능성을 엽니다.
이러한 복잡한 상호 작용을 설명하기 위해 똑같이 복잡한 양자 구성 요소를 사용하는 것이 가장 좋습니다.

예를 들어, 혁신적인 배터리 설계 또는 새로운 의약품의 화학은 과학자들이 양자 컴퓨터가 이해를 도울 수 있다고 믿는 복잡한 양자 시스템입니다. 이것이 qudits를 사용하는 것이 가장 유용할 수 있는 곳입니다. 동등하게 복잡한 양자 구성요소를 사용하여 이러한 복잡한 상호작용을 설명하는 것이 최적입니다. Ringbauer에 따르면 이러한 시스템을 큐비트로 계산하는 것은 큐비트로 계산하는 것보다 덜 효과적일 수 있습니다.


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Ringbauer와 그의 동료들은 각 qudit이 전자기적으로 갇힌 칼슘 이온인 XNUMX-qudit 양자 프로세서를 만들었습니다. 최대 XNUMX개의 이온 상태가 계산에 적합하고 추가 XNUMX번째 상태는 판독에 사용됩니다. 저널에서 자연 물리, 그들은 21월 XNUMX일에 연구 결과 요약을 온라인에 게시했습니다.

Qudits는 과거에 최소한의 개념 증명 연구의 주제였습니다. 큐딧이 큐비트보다 더 복잡한 구조를 가지고 있다는 점을 감안할 때 Ringbauer는 그와 그의 동료들이 큐비트를 실험적으로 조작하기 전에 더 정교한 양자 컴퓨팅 장비가 필요하다고 언급했습니다.

Qudit 컴퓨터는 이진 시스템을 초과하여 무한한 가능성을 엽니다.
두 개 이상의 상태를 가진 양자 구성 요소는 광자 양자 컴퓨터에서도 사용할 수 있습니다.

"각 qudit 상태는 외부 영향에 다르게 반응하며 우리가 일반적으로 qubit를 조작하는 데 사용하는 많은 도구는 qudit에서 동일한 방식으로 작동하지 않습니다. 효율적인 방법으로 얽힘을 생성하기 위해 qudit을 제어하고 상호 작용하는 방법을 찾아야 합니다.”라고 Ringbauer는 말합니다.

Ringbauer에 따르면 이론적으로 이러한 컴퓨터는 현재의 대부분의 양자 컴퓨팅 시스템에서 실행할 수 있습니다. 두 가지 상태로 달성된 통제 수준을 "더 높은 차원" 또는 더 많은 상태로 확장하는 것은 장벽입니다.

“지난 10년 동안 저는 다양한 실험 플랫폼에서 큐딧을 탐색해 왔으며, 이는 오늘날의 양자 하드웨어에 사용되지 않는 잠재력이 많다는 것을 보여주었습니다. 정교한 제어와 자연스러운 고차원 구조를 갖춘 트랩된 이온으로 변경했을 때 이 플랫폼이 양자 컴퓨팅의 잠재력을 발휘할 준비가 되어 있다고 확신했습니다.”라고 Ringbauer는 설명합니다.


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두 개 이상의 상태를 가진 양자 구성 요소는 광자 양자 컴퓨터에서도 사용할 수 있습니다.

“광자 시스템은 환경과 거의 상호 작용하지 않습니다. 이것은 소음에 대해 매우 안정적이기 때문에 이점이 있지만 얽히게 하기가 매우 어렵기 때문에 문제이기도 합니다. 반면에 갇힌 이온은 외부 영향에 매우 민감하므로 적절한 차폐가 필요하지만 매우 정밀하게 제어, 조작 및 얽힐 수 있습니다.”라고 Ringbauer는 말합니다.

Qudit 컴퓨터는 이진 시스템을 초과하여 무한한 가능성을 엽니다.
이것은 "양자 기술에 대한 새로운 가능성의 세계를 엽니다"

우리는 모든 양자 컴퓨터에서 어느 정도 부정확성을 예상합니다. 결과적으로 연구자들은 이러한 실수를 중단하거나 줄이기 위한 절차를 마련해야 합니다. Ringbauer에 따르면 더 복잡한 구조로 인해 큐딧은 실제로 단순한 큐비트보다 노이즈에 더 강할 것으로 예상됩니다. "실험적으로 이를 달성할 수 있다면 이는 내결함성 양자 컴퓨터를 향한 중요한 단계가 될 것입니다."

Ringbauer는 새로운 플랫폼이 "양자 기술에 대한 새로운 가능성의 세계를 열었지만"이라고 주장합니다.

“이 단계에서 우리가 여전히 크게 부족한 것은 이 추가된 잠재력을 최대한 활용하는 소프트웨어와 알고리즘입니다. 나는 qudit 양자 소프트웨어 개발이 가까운 시일 내에 흥미로운 분야가 될 것이라고 생각한다”고 덧붙였다.

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