새로운 에러 억제 알고리즘은 유용한 양자 컴퓨팅 개발에 기여한다.

시드니대학교(University of Sydney) 물리학자 벤자민 브라운(Benjamin Brown) 박사는 유용한 계산을 수행하기 위한 양자 컴퓨팅 오류 수정 코드 유형을 개발했다. 확장 가능한 새로운 양자 마이크로 칩을 설계할 수 있는 접근 방식을 제공한다.

그는 3 차원으로 작동하는 이미 알려진 코드를 2 차원 프레임 워크에 적용해 이를 수행했다. 연구는 22일 사이언스 어드벤시스(Science Advances)에 발표됐다.

내결함성 양자 컴퓨터

양자 컴퓨팅에서 오류를 줄이는 것은 과학자들이 유용한 문제를 해결하기에 충분히 큰 양자머신을 구축하기 위해 직면하는 가장 큰 과제 중 하나다.

브라운 박사는 “양자 정보는 매우 약하기 때문에 많은 오류가 발생한다. 이러한 오류를 완전히 제거하는 것은 불가능하다. 목표는 유용한 처리 작업이 오류 수정 작업보다 훨씬 큰 ‘내결함성’ 아키텍처를 개발하는 것”이라고 말했다.

연구에 따르면 휴대 전화나 고전 컴퓨터는 오류 발생이 극도로 낮지만 현재 양자 작업은 운이 좋을 경우 20여개 작업마다 1개 미만의 오류가 발생해 시간당 수백만 개의 오류가 발생한다.

오늘날 실험적인 양자 컴퓨터 빌딩 블록인 양자비트 또는 큐비트(qubits)는 오류 수정에 많은 노력과 자원이 소모된다. 브라운 박사가 제안한 오류를 억제하는 방법은 아키텍처 표면에서 2 차원으로 작동하는 코드를 사용하는 것이다. 그 결과 많은 하드웨어를 오류 수정으로부터 해방시켜 유용한 자원들을 얻을 수 있게 한다.

캘리포니아 주 팔로알토 소재 ‘PsiQuantum’의 양자 설계 책임자 나오미 니커 슨(Naomi Nickerson) 박사는 “이 결과는 내결함성 게이트를 수행할 수있는 새로운 옵션을 확립하며, 이는 오버 헤드를 크게 줄이고 실용적인 양자 컴퓨팅을 더 가깝게 만들 수있는 잠재력을 가지고 있다”고 말했다.

범용 양자 컴퓨팅의 길

‘PsiQuantum’ 등 스타트업과 Google, IBM 및 Microsoft 등은 대규모 양자 기술 개발을 주도하며 양자 머신을 확장할 수 있는 오류 수정 코드를 찾고 있다.

이번 연구는 양자 프로세서가 다중 계산을 정렬하고 유용한 자원을 추출해 컴퓨팅 하드웨어의 오류를 억제하는데 기여한다.

브라운 박사는 3 차원 코드의 힘을 적용해 2 차원 프레임 워크에 도입했다. 그는 앞서 3월에는 ARC 센터 EQUS와 시드니 대학의 동료들과 함께 물리 저널 ‘Physical Review Letters’에 논문을 발표했다. 이 연구에서 그와 동료들은 오류 수정에서 세계 기록을 달성하는 디코더를 개발했다.

브라운 박사는“일반적인 오류를 식별하는 것이 유용한 계산을 위해 더 많은 처리 능력을 확보 할 수있는 또 다른 방법”이라고 말했다.

스테판 바틀렛(Stephen Bartlett) CREDIT: UNIVERSITY OF SYDNEY.

스테판 바틀렛(Stephen Bartlett) 교수는 이 논문의 공동 저자이며 시드니 대학의 양자 정보 이론 연구 그룹을 이끌고 있다.

*A fault-tolerant non-Clifford gate for the surface code in two dimensions by Benjamin J. Brown22 May 2020, Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.eaay4929.