초전도 큐비트를 위한 새로운 모듈 구조
미국 일리노이 어배너-섐페인 대학교 그레인저 공대 연구팀은 초전도 양자 프로세서를 위한 고성능 모듈형 아키텍처를 개발해, 양자컴퓨팅의 확장성과 재구성 가능성에 한 걸음 더 다가갔다고 밝혔다. 이 연구는 Nature Electronics에 게재되었다.
기존의 단일(monolithic) 구조 양자컴퓨터는 시스템 규모가 제한되며, 연산 정확도(fidelity)가 떨어지는 문제가 있었다. 반면, 모듈형 구조는 하드웨어 업그레이드, 시스템 확장, 오류 허용 등에서 유리한 장점을 제공한다.
99%의 스왑 게이트 성능 입증
연구팀은 두 개의 모듈을 초전도 동축 케이블로 연결해 큐비트를 공유하는 시스템을 설계했고, 약 99%의 SWAP 게이트 fidelity를 실현했다. 이는 1% 미만의 정보 손실을 의미하며, 상호작용하는 초전도 큐비트(superconducting qubit)간의 높은 품질의 얽힘(entanglement)과 게이트 연산이 가능함을 입증한다.
물리학과 조교수이자 논문의 시니어 저자인 볼프강 파프(Wolfgang Pfaff)는 “우리는 분리된 양자 장치를 고품질로 연결하고, 오류 발생 시 분해 및 재조립이 가능한 설계를 원했다”고 말했다. “대부분의 오류는 조립 이후에 발견되기 때문에, 향후 수정 가능한 구조가 중요하다”고 강조했다.
양자 네트워크를 위한 기술적 도약
이번 연구는 향후 대규모 양자 네트워크 구축의 가능성을 열어주었다. Pfaff 교수는 “우리가 원하는 것은 케이블을 통해 더 크고 복잡한 양자 시스템을 안정적으로 연결하는 것”이라며, “좋은 성능과 확장성을 동시에 갖춘 접근법을 찾는 데 오랜 시간이 걸렸다”고 설명했다.
연구진은 이제 두 개 이상의 모듈을 연결하면서도 시스템 오류를 검출하고 보정하는 방향으로 나아갈 계획이다.
양자컴퓨팅의 미래를 여는 블록 기술
Pfaff 교수는 “우리는 지금까지 성능에서는 좋은 결과를 얻었고, 이제 이 시스템이 실제로 확장 가능한지를 시험할 단계에 있다”고 말했다. 이번 연구는 향후 오류 허용형(fault-tolerant) 양자컴퓨터 설계의 핵심 기술로 활용될 가능성이 크다.
