새로운 양자 컴퓨터가 처음으로 이진법을 깨뜨림, 칼슘 원자에 저장된 정보

수십 년 동안 바이너리는 컴퓨터 계산의 기초였지만, 양자 컴퓨터의 경우 바이너리 시스템이 진정한 잠재력을 발휘하는 데 방해가 됩니다. 최근 오스트리아 인스브루크 대학교 과학자팀은 이진 계산 모델을 성공적으로 돌파하고 소위 '양자수'를 사용하여 계산을 수행하는 새로운 유형의 양자 컴퓨터를 구현하여 더 적은 양자로 더 많은 양자 컴퓨터를 출시했습니다. 입자. 많은 컴퓨팅 성능.

연구원들은 큐비트를 사용하여 계산을 수행함으로써 칼슘 원자의 잠재력을 최대한 활용하는 양자 컴퓨터를 개발했습니다. 연구에 따르면 기존 컴퓨팅과 달리 더 많은 양자 상태를 사용해도 컴퓨터의 신뢰성이 떨어지지 않는 것으로 나타났습니다.

우리 모두는 컴퓨터가 계산을 수행하기 위해 0과 1, 즉 이진 정보를 사용한다는 것을 알고 있습니다. 이 모델은 매우 성공적이어서 이제 컴퓨터는 커피 머신부터 자율 주행 자동차까지 모든 것을 구동하며 컴퓨터가 없는 삶을 상상하기 어렵습니다.
이러한 성공을 바탕으로 오늘날의 양자 컴퓨터도 이진 정보 처리를 염두에 두고 설계되었습니다. 실험물리학자 마틴 링바우어(Martin Ringbauer)는 인스브루크 대학에서 발표한 성명에서 “그러나 양자 컴퓨터는 단지 0과 1 이상으로 구성되어 있다”고 설명했다. "이진 시스템으로 제한하면 이러한 장치가 진정한 잠재력을 발휘할 수 없습니다."

실험실의 양자 물리학자 Martin Ringbauer.

인스브루크대학교 실험물리학과 토마스 몬츠(Thomas Monz) 연구팀이 이른바 '양자수'(qudits)를 이용해 임의의 계산을 수행할 수 있는 양자컴퓨터 개발에 성공했다. 더 짧은 시간에 양자 입자가 더 많은 컴퓨팅 성능을 발휘합니다. 이 연구는 최근 Nature Physics() 저널에 게재되었습니다.

(양자 컴퓨터는 소위 양자수 또는 큐비트를 사용하여 임의의 계산을 수행할 수 있습니다. 이는 더 적은 수의 양자 입자로 더 많은 컴퓨팅 성능을 확보할 수 있습니다. 큐비트는 양자 컴퓨터의 기본 단위이며 양자 컴퓨팅에서는 이에 해당합니다. 클래식 컴퓨팅에서 큐비트는 전자나 광자와 같은 양자 시스템으로 구성됩니다. 단순성은 일반적으로 오류에 대한 신뢰성과 견고성을 의미하므로 이진 정보는 클래식 컴퓨터의 완벽한 표준이 되었습니다.

인스브루크 양자 컴퓨터는 갇힌 개별 칼슘 원자에 정보를 저장합니다. 각 칼슘 원자는 8가지 상태를 가지며, 그 중 7가지 상태를 과학자들이 계산에 사용했습니다.

양자 세계에서는 상황이 매우 다릅니다. 예를 들어 인스브루크 양자 컴퓨터에서 정보는 포획된 개별 칼슘 원자에 저장됩니다. 이들 원자 각각은 자연적으로 8개의 서로 다른 상태를 가지며, 그 중 2개만이 일반적으로 정보를 저장하는 데 사용됩니다. 실제로 거의 모든 기존 양자 컴퓨터는 계산에 사용되는 것보다 훨씬 더 많은 양자 상태에 도달할 수 있습니다.

실험에서 연구원들은 40Ca+ 이온 트랩 체인의 기본 계층 구조를 사용하는 범용 Qudit 이온 트랩 양자 프로세서(TIQP)를 시연했습니다. 실험에 따르면 각 40Ca+ 이온은 고도로 연결된 힐베르트 공간을 통해 본질적으로 8개의 에너지 수준을 갖는 Qudit을 지원합니다.

40Ca+ 이온의 에너지 수준 다이어그램. 양자 정보는 S1/2 및 D5/2 상태로 인코딩되며, 여기서 S와 D 사이의 각 전이는 729nm에서 단일 협대역 레이저를 사용하여 액세스할 수 있습니다.

매우 자연스러운 응용

이 새로운 양자 컴퓨터는 큐디트를 사용한 컴퓨팅을 통해 이러한 원자의 잠재력을 최대한 활용할 수 있습니다. 일반적인 경우와는 달리, 더 많은 상태를 사용한다고 해서 컴퓨터의 신뢰성이 떨어지지는 않습니다. 토마스 몬츠(Thomas Monz)는 “양자 시스템은 자연적으로 두 개 이상의 상태를 가지며 우리는 이를 동등하게 잘 제어할 수 있음을 보여주었습니다.”라고 말했습니다.

한편, 물리학, 화학, 재료과학 등 양자컴퓨터가 필요한 많은 작업도 자연스럽게 큐디트의 언어로 표현됩니다. 큐비트로 다시 작성하는 것은 오늘날의 양자 컴퓨터에는 너무 복잡합니다. 마틴 링바우어(Martin Ringbauer)는 “0과 1 이상의 사용은 양자 컴퓨터뿐만 아니라 응용 분야에서도 매우 자연스럽습니다. 이를 통해 우리는 양자 시스템의 진정한 잠재력을 발휘할 수 있습니다.”라고 설명합니다.

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