이온 포획 기반 양자 컴퓨팅(Quantum Computing) 성과공개

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) 네이처에 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.