과학자들은 ‘활성 증후군 추출’이라고 불리는 기술을 사용하여 30개의 물리적 큐비트로부터 4개의 논리 큐비트를 만들고 단 한 번의 오류도 감지하지 않고 14,000개의 실험을 실행했습니다.
과학자들은 물리적 큐비트보다 800배나 낮은 오류율을 가진 일련의 “논리 큐비트”를 만들어 가까운 미래에 유용하고 내결함성이 있는 양자 컴퓨터를 위한 길을 열었습니다.
양자 비트 또는 큐비트는 본질적으로 오류가 발생하기 쉬운데, 이 취약성을 “시끄러움”이라고 설명합니다. 이것을 해결하는 한 가지 방법은 논리적 큐비트를 만드는 것입니다. 이것들은 양자 얽힘을 통해 연결된 물리적 큐비트의 집합이며, 동일한 정보를 다른 장소에 저장함으로써 오류를 줄입니다. 이것은 계산이 진행되는 동안 발생할 수 있는 실패 지점들을 펼쳐냅니다.
4월 2일 프리프린트 서버 arXiv에 발표된 새로운 논문에서, 과학자들은 양자 컴퓨팅 회사인 Quantinum이 만든 H2 양자 프로세서의 32개의 물리적 큐비트 중 30개를 사용하여 만들어진 4개의 논리적 큐비트에 대한 실험을 수행할 수 있음을 보여주었습니다.
Quantinum과 Microsoft의 연구원들로 구성된 이 팀은 논리 큐비트로 구성된 기본 양자 회로에서 감지되고 수정되지 않은 오류를 발생시키지 않고 14,000개의 실험을 수행했습니다.
그들은 이 기술이 100개의 신뢰할 수 있는 논리 큐비트로 구동되는 미래의 하이브리드 슈퍼컴퓨터에 통합될 수 있기를 바라고 있습니다. 이는 조직에 과학적 이점을 제공하기에 충분할 것이라고 마이크로소프트의 전략적 임무 및 기술을 위한 EVP는 4월 3일 블로그 항목에서 말했습니다.
양자 컴퓨터를 구동하는 데 필요한 하드웨어를 넘어 양자 컴퓨터를 확장할 때 가장 큰 문제 중 하나는 큐비트의 오류율이 매우 높다는 것입니다. 기존 컴퓨팅에서 비트의 오류율은 10억 분의 1입니다.
하지만 마이크로소프트에 따르면 물리적 큐비트는 양자 회로에서 실험을 실행할 때 대략 100분의 1의 오차율을 가집니다. 반면에 새로운 논리적 큐비트는 10만분의 1의 오차율을 갖습니다.
연구진은 Quantinum의 이온 트랩 큐비트와 양자 컴퓨팅 아키텍처에 “액티브 신드롬 추출”이라는 기술을 적용하여 이러한 개선을 달성했다고 Quantinum 대표는 성명에서 밝혔습니다.
이 방법은 논리 큐비트를 파괴하지 않고 계산이 진행되는 동안 오류를 진단하고 수정하는 것입니다. 큐비트는 두 이진 상태(컴퓨팅 데이터의 1과 0을 나타내는) 사이의 양자 중첩 상태에 있는 동안 계산을 처리하기 때문에 중첩이 붕괴되는 디코히어런스를 일으키지 않고는 계산을 볼 수 없습니다.
액티브 신드롬 추출은 2018년 9월에 발표된 논문에서 파생된 과정으로, 이런 종류의 논리 큐비트가 구성된 방식 때문에 작동합니다. 논리 큐비트는 계산을 위한 데이터가 저장되지 않지만 논리 큐비트의 정보가 일시적으로 저장된 소수의 물리적 큐비트(보조 코드 블록이라고 함)를 포함합니다. 이 기술을 적용함으로써 과학자들은 계산을 방해하지 않고 블록 내에서 엿보고 나타난 오류를 식별하고 수정할 수 있었습니다.
“양자 오류 수정과 내결함성의 획기적인 발전은 과학적 발견과 에너지 안보를 위한 양자 컴퓨팅의 장기적인 가치를 실현하는 데 중요합니다”라고 오크리지 국립 연구소의 양자 과학 센터장인 트래비스 험블은 성명서에서 말했습니다. “이와 같은 결과는 연구 개발을 위한 양자 컴퓨팅 시스템의 지속적인 개발을 가능하게 합니다.”
마이크로소프트 대표자들은 이 연구가 과학자들이 안정적으로 문제를 해결하기 위해 확장할 수 있는 낮은 오차의 양자 하드웨어를 가지고 있는 소위 “레벨 2” 양자 컴퓨팅으로의 이동을 나타낸다고 주장합니다. 이에 비해, 오늘날 양자 컴퓨터는 “시끄러운 중간 규모 양자” (NISQ) 기계로 묘사됩니다.
목표는 레벨 3의 기계에 도달하고 소위 “양자 우월성”, 즉 양자 컴퓨터가 가장 빠른 슈퍼컴퓨터보다 더 강력하고 능력이 있는 지점에 도달하는 것입니다.