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    이온 포획 기반 양자 컴퓨팅(Quantum Computing) 성과공개

    snsnews 2021. 5. 4. 17:36 Posted by 직장내 장애인 인식개선 강사
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    이온 포획 기반 양자 컴퓨팅(Quantum Computing) 성과

    (sns뉴스= FDNnews) 솔로 저널리스트, 칼럼니스트,최봉혁기자 = 이온 포획 기반 양자 컴퓨팅(Quantum Computing) 성과가 핵심 벤치 마크 달성 이후 1년 여만에 동료 검토를 거쳐 공개됐다.

    마이크로 칩 기반 양자 컴퓨터는 원자 이온을 이동시켜 계산이 수행되는 아키텍처를 통합해 구축됐다. 이 장치는 뛰어난 성능과 확장 가능성을 보여준다.

    하니웰(Honeywell)은 지난해 처음 달성한 64 양자 볼륨(quantum volume) 성과를 7일(현지시각) 이처에 게재했다. 업체는 이후 개선된 ‘System Model H1’을 공개, 새로운 512 양자 볼륨 벤치마크를 달성한 최초의 상용 시스템이라고 밝혔다.

    IBM 및 Google과 같은 회사와 달리 Honeywell은 초전도 회로를 사용하지 않고 “이온 트랩(trapped ions)”이라는 기술을 사용하기로 결정했다.

    일반적으로 이들은 단일 이온을 큐 비트로 사용하고 레이저를 사용하여 상태를 조작한다.

    그러나 이온 트랩 컴퓨터를 만드는 방법에는 여러 가지가 있다. Honeywell의 버전은 IonQ라는 경쟁 업체가 만든 시중의 다른 버전과 다르다.

    IonQ는 레이저를 사용해 컴퓨터가 동시에 여러 큐비트에서 작업을 수행할 수 있습니다.

    이것은 본질적으로 시스템의 두 큐비트가 단일 작업을 수행할 수 있도록하고 IonQ가 복잡한 얽힘 시스템을 구축할 수 있도록한다.

    이는 각 큐비트가 일반적으로 가장 가까운 이웃에만 직접 연결되는 초전도 회로를 사용하는 양자 컴퓨터의 동작과 대조된다.

    Honeywell의 접근 방식을 사용하면 두 큐비트를 서로 연결할 수 있다.

    그러나 그것은 물리적으로 이온을 서로 나란히 이동시킴으로써 단일 펄스의 빛이 두 이온을 동시에 비추도록 허용한다.

    이것은 Honeywell의 이온 트랩이 자기장의 정적 배열로 만들어지지 않기 때문에 작동한다.

    대신 필드는 모두 독립적으로 제어할 수있는 192개의 전극을 사용하여 생성된다.

    이를 통해 장치는 자기장의 강도가 변하는 위치를 생성해 이온이 자리하는 위치(potential well)을 생성할 수 있다.

    이 전극의 전하를 변경하면 포텐셜 웰이 선형 장치에서 위아래로 이동하도록 만들 수 있으며 이온은 단순히 함께 이동한다.

    두 개의 포텐셜 웰을 병합해 포획 이온을 하나로 모아 하나의 작업이 동시에 둘 모두에 영향을 미칠 수 있다. 이 작업이 완료되면 이를 분리해 이온을 원래 위치로 되돌릴 수 있다.

    네이처 논문의 새로운 점은 이 모든 것이 얼마나 잘 작동하는지에 대한 몇 가지 어려운 성능 수치다. Honeywell은 트랩의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 이온을 전달하는 데 필요한 최대 시간은 300마이크로 초라고 말한다.

    예를 들어 큐비트를 잘못된 위치로 전송하는 전송 오류는 시스템에 의해 자동으로 감지해 전체 항목을 재설정하고 기계의 상태를 마지막으로 읽은 지점에서 계산을 선택할 수 있다. 이러한 오류는 매우 드뭅다. 일련의 1000만 번 작업에서 전송 실패는 세 번만 감지됐다.

    ■ 양자 볼륨 경쟁

    Honeywell은 또한 큐비트 수, 연결 방식, 의도 한 결과 대신 오류 생성을 얼마나 잘 제어 하는지를 고려해 IBM에서 원래 정의한 측정치인 양자 볼륨(quantum volume)으로 전환했다.

    시스템이 2/3의 시간 동안 오류없이 큐비트의 임의 쌍을 포함하는 작업을 수행할 수 있는 경우 양자 볼륨은 큐비트 수의 거듭 제곱으로 2가 증가한다. 오류율이 높을수록 양자 볼륨이 낮아지고 큐비트가 많을수록 증가한다.

    이 경우 Honeywell 팀은 장치의 큐비트 중 2 개, 3 개, 4 개, 6 개로 테스트를 실행했다.

    이들 모두는 다른 큐비트 수에 대해 일반적으로 75 % 영역에서 오류없는 작동으로 성공적으로 해결했다.

    6개의 큐비트를 감안할 때, 그 결과 64 양자 볼륨이 발생했다.

    이는 논문 검토를 위해 제출 당시 최고 기록 이었다.

    Honeywell은 이후 오류율을 제어하며 큐비트를 더 추가해 512개의 양자 볼륨에 도달했다.

    이에 비해 IBM은 지난 여름에 27큐비트이지만 더 높은 오류율을 가진 양자 컴퓨터로 Honeywell이 앞서 달성했던 64점에 도달했다. .

    다른 이온 트랩 양자 컴퓨팅 회사 IonQ도 있다.이전에는 IBM과 비슷한 위치에 있었다.

    큐비트가 많지만 오류가 더 많다.

    그러나 큐비트 수를 약 3 배로 늘린 동시에 큐비트 품질을 Honeywell과 비교할 수 있도록 높였다.

    낮은 오류와 큐 비트 수의 큰 증가로 인해 양자 볼륨은 4백만 이상으로 이는 512보다 상당히 높다.

    Honeywell이 발표 당시 2 큐비트를 추가하는 데 약 1년이 걸렸다.

    IonQ는 8개월 이내에 큐비트 수를 두 배로 늘려 64개로 예상한다고 밝혔다. 현재 3개월도 남지 않았다.

    Honeywell은 병목 현상이 있는 지점을 명확하게 식별했다.

    한 가지 문제는 이온을 제어하는 ​​전극에 전력을 공급하는 전압 발생기의 노이즈다.

    또 하나는 시스템의 자체 소음이다. 둘 중 하나를 정리하면 성능이 향상된다.

    또한 이온을 주변으로 이동하면 에너지가 전달되어 기계가 작동하는 동안 계속 냉각돼야 한다.

    냉각 과정이 큐비트를 방해하는 것을 방지하기 위해 Honeywell은 다른 원소의 두 번째 이온을 동시에 포획하고 냉각시켜 에너지 스펀지로 바꾼다.

    이것은 시간이 걸리는 주요 병목으로 효율성을 높이면 작동 속도가 빨라진다.

    그 외에도 기본 제어 시스템은 문자 그대로 선형적으로 확장되지만 한 지점까지만 확장된다.

    나머지와 일렬로 더 많은 전극을 추가하면 더 많은 원자를 간단히 트랩할 수 있다.

    이 스케일링이 끝나는 지점은 필요한 경우 행의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 원자를 이동하는 데 너무 오래 걸리는 경우다.

    언제 그 지점에 도달할지는 명확하지 않지만 Honeywell은 이미 2차원 트랩 배열 및 장치간 이온 전달과 같은 아이디어를 고려하고 있다.

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