실리콘에서의 충실도 이정표
RIKEN 연구원들이 주도한 팀이 실리콘 스핀 큐비트 어레이의 5개 큐비트 모두에서 단일 큐비트 게이트 충실도 99.99% 이상을 입증했으며, 일부 측정값은 99.999%에 근접했다. 결과는 네이처 피직스에 발표됐다.
충실도는 양자 연산이 의도한 결과를 얼마나 자주 산출하는지를 측정하는 지표다. 1만 분의 1 미만의 오류율은 실리콘 소자가 오류 수정 기법이 작동하기 시작하는 범위에 들어가게 하며, 이는 실리콘 스핀 큐비트에 대해 보고된 최고의 단일 큐비트 성능이다.
실리콘 스핀 큐비트는 단일 전자의 스핀에 정보를 저장한다. 오늘날 대부분의 양자 컴퓨터가 사용하는 초전도 트랜스몬보다 약 1,000배 작으며, 일반 컴퓨터 칩을 생산하는 것과 동일한 CMOS 제조 도구로 만들 수 있어 파운드리들이 주목한다.
큐비트를 나란히 작동시키기
더 어려운 문제는 병렬 제어다. 여러 큐비트가 하나의 마이크로파 제어선을 공유하면 신호가 서로 누출되어 충실도가 떨어진다. 팀은 5큐비트 실리콘 어레이에서 이러한 저하의 주요 원인을 추적하고 쌍별 위상 교정만을 기반으로 한 완화 프로토콜을 설계했다.
공유 선에 맞춤형 카이저 윈도우 제어 펄스를 사용하여 연구원들은 각 큐비트에 대해 개별적으로 99.99% 이상의 충실도를 유지했고 최대 3개 큐비트를 동시에 작동시키면서도 그 수준을 유지했다. 5개가 모두 병렬로 작동할 때 충실도는 실용적 결함 허용 임계값인 99.9% 이상을 유지했다.
확장에 중요한 이유
양자 컴퓨터는 유용한 문제를 해결하기 위해 수천 개의 큐비트가 필요하며, 각 큐비트에는 제어 전자장치가 필요하다. 모든 큐비트에 전용 선이 필요하다면 배선만으로도 관리가 불가능해진다. 제어선 공유는 이 병목을 우회하는 방법이다.
일본 문샷 프로그램 아래 실리콘 양자 컴퓨팅 프로젝트를 관리하는 다루차 세이고는 신뢰할 수 있는 병렬 제어가 실리콘 스핀 큐비트 기반 결함 허용 기계를 향한 필수 단계라고 말했다. 논문은 팀이 관찰한 전력 스케일링을 기반으로 제어 접근법이 더 큰 어레이로 확장될 것이라고 시사한다. 독립 연구소들이 이제 이 수치를 재현하려 할 것이며, 이는 이렇게 정밀한 주장에 대한 통상적인 검증이다.
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