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May 27, 2023

광학 효과는 원자 큐비트를 사용한 양자 컴퓨팅을 새로운 차원으로 발전시킵니다.

2023년 6월 1일 이 기사

2023년 6월 1일

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다름슈타트 기술대학교

다름슈타트 물리학자들은 실제로 관련된 양자 컴퓨터를 구축하는 데 있어 가장 큰 장애물 중 하나를 극복할 수 있는 기술을 개발했습니다. 그들은 1836년 영국의 사진 선구자 William Talbot이 발견한 광학 효과를 활용합니다. Technische Universität Darmstadt 응용 물리학 연구소의 Malte Schlosser와 Gerhard Birkl이 이끄는 팀은 Physical Review Letters 저널에서 이러한 성공을 발표했습니다.

양자 컴퓨터는 슈퍼컴퓨터보다 훨씬 빠르게 특정 작업을 해결할 수 있습니다. 그러나 지금까지 최대 수백 개의 "큐비트"를 갖춘 프로토타입만 있었습니다. 이는 고전 컴퓨팅의 "비트"에 해당하는 양자 컴퓨팅의 기본 정보 단위입니다. 하지만 비트와 달리 큐비트는 '0'이나 '1'이라는 두 값을 차례로 처리하는 것이 아니라 동시에 처리할 수 있어 양자 컴퓨터가 수많은 계산을 병렬로 수행할 수 있다.

복잡한 트래픽 흐름 최적화와 같은 실제 응용 프로그램에는 수백만은 아니더라도 수천 개의 큐비트를 가진 양자 컴퓨터가 필요합니다. 그러나 큐비트를 추가하면 레이저 출력과 같은 리소스가 소비되어 지금까지 양자 컴퓨터 개발을 방해해 왔습니다. 다름슈타트 팀은 이제 광학 Talbot 효과를 사용하여 추가 리소스 없이도 큐비트 수를 수백에서 만 개 이상으로 늘릴 수 있는 방법을 보여주었습니다.

큐비트는 다양한 방식으로 실현될 수 있습니다. 예를 들어 Google과 같은 거대 기술 기업은 인공적으로 제조된 초전도 회로 요소를 사용합니다. 그러나 개별 원자도 이러한 목적에 탁월합니다. 이를 목표로 제어하려면 단일 원자 큐비트를 체스판과 유사한 규칙적인 격자에 유지해야 합니다.

물리학자들은 이를 위해 일반적으로 레이저 광선이 서로 교차할 때 형성되는 규칙적으로 배열된 빛 점의 "광학 격자"를 사용합니다. Birkl은 "특정 요인으로 큐비트 수를 늘리려면 이에 따라 레이저 출력도 늘려야 합니다."라고 설명합니다.

그의 팀은 혁신적인 방식으로 광학 격자를 생산합니다. 그들은 손톱 크기의 유리 요소에 레이저를 비추는데, 그 위에 작은 광학 렌즈가 체스판과 유사하게 배열되어 있습니다. 각 마이크로렌즈는 레이저 빔의 작은 부분을 묶어서 원자를 수용할 수 있는 초점 평면을 만듭니다.

이제 Talbot 효과가 상단에서 발생하고 있으며 이는 지금까지 귀찮은 것으로 간주되었습니다. 초점 레이어가 동일한 간격으로 여러 번 반복됩니다. "자기 이미지"라고 알려진 것이 생성됩니다. 따라서 2차원의 광학격자는 3차원의 빛점의 수배로 하나가 된다. “우리는 그것을 무료로 얻습니다.”라고 해당 연구의 주 저자인 Malte Schlosser는 말합니다. 그는 이를 위해 추가 레이저 출력이 필요하지 않다는 것을 의미합니다.

마이크로렌즈의 제조 정밀도가 높기 때문에 큐비트에 사용할 수 있는 매우 규칙적인 셀프 이미지가 생성됩니다. 연구원들은 실제로 개별 원자로 추가 층을 로드할 수 있었습니다. 주어진 레이저 출력으로 16개의 자유층이 생성되어 잠재적으로 10,000큐비트 이상을 허용합니다. Schlosser에 따르면, 기존 레이저를 사용하면 미래에 전력을 4배로 늘릴 수 있다고 합니다.

"마이크로렌즈 분야는 더욱 최적화될 수도 있습니다"라고 Birkl은 설명합니다. 예를 들어 더 작은 렌즈로 더 많은 초점을 생성할 수 있습니다. 따라서 가까운 미래에는 100,000큐비트 이상이 가능할 것입니다. 팀이 보여준 큐비트 수의 확장성은 실용적인 양자 컴퓨터를 개발하기 위한 중요한 단계를 나타냅니다.