양자 컴퓨팅에서 며칠 동안 정보를 유지하는 개별 큐비트(qubits) 제어 연구가 나왔다.

‘네이처머티어리얼즈(Nature Materials)’ 지에 발표된 “탄화 규소의 양자 메모리 제어‘ 관련 논문에서 시카고 대학(University of Chicago) 연구팀은 전기 자동차와 LED 전구에서 흔히 볼 수 있는 물질인 실리콘 카바이드의 원자 양자 메모리 제어에 대해 논의했다.

이 제어를 사용해 양자 메모리와 반도체 물질에 갇힌 전자 사이의 연결을 나타내는 “얽힌 상태(entangled state)”를 생성한다.

이 연구는 양자 정보를 단일 원자의 핵심에 인코딩하고 쓰는 방법을 효과적으로 보여줌으로써 매우 오랜 시간 동안 작동 상태를 유지할 수 있는 큐비트 또는 ‘일관된’ 큐비트를 구축할 수 있는 잠재력을 발휘한다.

공동 제 1저자 알렉산드레 보라사(Alexandre Bourassa)는 “데스크탑 컴퓨터가 다양한 목적을 위해 다른 유형의 메모리를 가지고있는 것처럼 양자 기술이 비슷한 요구를 가질 것이라고 생각한다. 우리의 갇힌 전자는 CPU와 같은데, 여기서 서로 다른 핵 스핀이 양자 RAM 및 하드 드라이브로 효과적으로 사용돼 양자 정보의 중장기 저장을 제공할 수 있다” 고 설명했다.

반도체 물질은 전자적 결합에 의해 결합 된 원자핵의 배열이다. 이들 핵의 전부는 아니지만 일부는 ‘스핀(spin)’이라는 속성을 가지고 있어 작은 양자 자석처럼 행동할 수 있다. 스핀이 있는 핵은 양자 정보를 인코딩하는 데 사용할 수 있다.

공동 제 1저자 크리스 엔더슨(Chris Anderson) 박사후 연구원은 “원자핵의 회전은 우리가 알고있는 가장 강력한 양자 시스템 중 하나”라며 “그들의 양자 상태는 몇 시간 또는 며칠 동안 지속될 수 있다. 이것은 양자 메모리를 구축하는 데 이상적이다. 대부분의 양자 기술이 몇 분의 1 초 동안 만 정보를 유지할 수있는 세상에서 이것은 영원에 가깝다”고 말했다.

이러한 핵과 상호 작용하기 위해 과학자들은 자기 공명 영상(MRI)에 사용되는 것과 유사한 기술을 사용했지만 부피가 큰 자기 챔버를 단일 전자로 대체했다. 이 ‘원자 규모 MRI를 사용해 연구팀은 개별 원자의 핵심을 형성하는 핵을 다루고 제어 할 수 있었다. 비결은 원하는 스핀을 전달하는 핵의 수를 정확하게 제어하는 것이다. 너무 적으면 장치에 사용 가능한 메모리가 충분하지 않지만 너무 많으면 독립적으로 분리하고 제어할 수 없다.

시카고 대학 교수로 ANL(Argonne National Laboratory) 선임 과학자 귈리아 갈리(Giulia Galli)는 “이론, 계산 및 실험을 통합하는 것은 이러한 양자 기억을 최적화하는 데 중요했다”라고 말했다. 이론 및 재료 성장 협력자들과 협력하여 팀은 이러한 양자 메모리를 최적화 할 수 있음을 보여주었다.

데이비드 오소찰롬(David Awschalom) 교수는 “우리는 오늘날의 집적 회로에서 찾을 수있는 단일 첨단 트랜지스터보다 작은 설치 공간에 수십 개의 고품질 양자 메모리를 가진 재료를 개발할 수 있다고 믿는다”고 말했다.

그는 ANL 수석 과학자이자 ‘Chicago Quantum Exchange’와 에너지 국가 양자 정보 과학 연구 센터(Q-NEXT) 디렉타다.

오스찰롬은 이 작업이 반도체 장치에서 양자 기술을 만드는 데 필요한 핵심 구성 요소를 설정하고 미래의 양자 인터넷을 위한 중요한 플랫폼이 될 것이라고 덧붙였다.