격자 수술 시연, 오류 내성 양자 컴퓨팅을 진전시킴

A team of scientists, led by ETH Zurich researchers, recently demonstrated a way to entangle quantum bits via lattice surgery. The process enables engineers to make more powerful quantum computers, expanding the already impressive capabilities of these devices and opening the door for future adoption. Here’s what you need to know.

양자 컴퓨터가 근본적으로 다른 이유

Quantum computers are seen by many as the next step in the evolution of computers. These devices can provide thousands of times more computational power, making them ideal for complex scientific calculations and more.

양자 컴퓨터는 많은 사람들에게 컴퓨터 진화의 다음 단계로 여겨집니다. 이 장치는 수천 배 이상의 계산 능력을 제공할 수 있어 복잡한 과학 계산 등에 이상적입니다.

Quantum computers have proven to be much more powerful than traditional computers. They outperform traditional devices because they rely on qubits, superposition, entanglement, and interference to process information. This structure enables the processing of millions of computations in parallel.

양자 컴퓨터는 전통적인 컴퓨터보다 훨씬 강력함이 입증되었습니다. 이들은 큐비트, 중첩, 얽힘, 간섭을 활용해 정보를 처리하기 때문에 전통적인 장치를 능가합니다. 이러한 구조는 수백만 개의 연산을 병렬로 처리할 수 있게 합니다.

양자 오류 정정이 핵심 병목 현상인 이유

However, when it comes to storing quantum data, it’s much more difficult than traditional bits, which can be duplicated and stored. When retrieved, the duplicates can be cross-referenced to ensure the data is not corrupted.

하지만 양자 데이터를 저장하는 것은 복제 및 저장이 가능한 전통적인 비트보다 훨씬 어렵습니다. 복제본을 검색할 때 교차 검증을 통해 데이터가 손상되지 않았는지 확인할 수 있습니다.

Quantum error correction is much more complicated for several reasons. For one, quantum qubits can’t be copied in the same way as traditional bits. Instead, they rely on entangled states created between qubits. This fragile state can be destroyed easily.

양자 오류 정정은 여러 이유로 훨씬 복잡합니다. 첫째, 양자 큐비트는 전통적인 비트처럼 복제할 수 없습니다. 대신 큐비트 간에 생성된 얽힌 상태에 의존합니다. 이 취약한 상태는 쉽게 파괴될 수 있습니다.

비트 플립 및 위상 플립

Also, quantum computers need to deal with decoherence and phase shifts. Quantum computers are unique in that qubits can suddenly and without warning shift their phase from positive to negative. This issue has made storing quantum data over long periods more difficult.

또한 양자 컴퓨터는 탈코히런스와 위상 변화를 처리해야 합니다. 양자 컴퓨터는 큐비트가 갑작스럽게, 예고 없이 위상을 양에서 음으로 바꿀 수 있다는 점에서 독특합니다. 이 문제는 장기간 양자 데이터를 저장하는 것을 더욱 어렵게 만들었습니다.

엔지니어가 이 문제를 해결하는 방법

There are several ways in which engineers have sought to correct these quantum shifts. One popular method is to create a logical qubit from various other qubits. Once created, engineers will constantly apply error correction to ensure accuracy.

엔지니어는 이러한 양자 변화를 교정하기 위해 여러 방법을 모색해 왔습니다. 일반적인 방법 중 하나는 여러 큐비트로부터 논리적 큐비트를 만드는 것입니다. 논리적 큐비트가 생성되면 엔지니어는 정확성을 보장하기 위해 지속적으로 오류 정정을 적용합니다.

This process requires scientists to constantly measure the state of purpose-built stabilizers. These stabilizers enable engineers to monitor any changes in the qubit without altering its value. They accomplish this task by providing trackable bit and phase readouts.

This process creates data qubits. These qubits serve the purpose of storing the correction state. Problems arise because most quantum computers rely on two-dimensional arrays of superconducting qubits.

These qubits remain locked in space and can’t be moved without damaging the quantum state. Stabilizers help maintain stability. However, they can only work on qubits that are adjacent to each other, meaning they are ideal for two-dimensional qubit applications only and are very limited in their application.

이 큐비트들은 공간에 고정된 상태로 남아 있어 양자 상태를 손상시키지 않고는 이동할 수 없습니다. 안정화 장치는 안정성을 유지하는 데 도움을 주지만, 인접한 큐비트에만 작동할 수 있어 2차원 큐비트 적용에만 적합하고 그 활용이 매우 제한적입니다.

양자 비트에 대한 격자 수술 연구

Seeking to improve quantum computing capabilities, scientists from ETH Zurich and the Paul Scherrer Institute published the “Lattice surgery realized on two distance-three repetition codes with superconducting qubits¹” study in Nature Physics.

양자 컴퓨팅 능력을 향상시키기 위해 ETH 취리히와 폴 쉐러 연구소의 과학자들은 Nature Physics에 “초전도 큐비트를 이용한 거리-3 반복 코드 두 개에서 구현된 격자 수술¹” 연구를 발표했습니다.

The paper introduces a new methodology for quantum entanglement and stabilizers. Their new approach enables quantum computers to perform quantum operations between superconducting logical qubits while performing real-time error correction.

이 논문은 양자 얽힘 및 안정화 장치를 위한 새로운 방법론을 소개합니다. 그들의 새로운 접근법은 실시간 오류 정정을 수행하면서 초전도 논리 큐비트 간에 양자 연산을 수행할 수 있게 합니다.

양자 컴퓨팅에서 격자 수술이란 무엇인가?

At the core of this new development is lattice surgery. Lattice surgery splices topological codes across logical qubits. This approach supports 2D qubit arrangements alongside fault-tolerant gate operations.

이 새로운 개발의 핵심은 격자 수술입니다. 격자 수술은 논리 큐비트 간에 위상 코드를 연결합니다. 이 접근법은 2D 큐비트 배열과 오류 내성 게이트 연산을 동시에 지원합니다.

Through the use of lattice surgery, the engineers were able to apply logic gates between encoded qubits even when not located next to each other. This strategy avoids direct qubit contact, reducing errors from decoherence.

Lattice surgery relies on the use of patches, which are qubits with stabilizers applied. The process stitches these gates together temporarily, enabling parity checks and a larger code space for processing. Notably, this work represents one of the first experimental demonstrations of lattice surgery performed between encoded logical qubits using superconducting surface-code hardware while maintaining real-time error correction during the operation.

격자 수술은 패치를 이용하는데, 패치는 안정화 장치가 적용된 큐비트입니다. 이 과정은 이러한 게이트들을 일시적으로 연결해 패리티 검사를 가능하게 하고, 더 큰 코드 공간을 제공하여 처리합니다. 특히, 이 작업은 초전도 표면 코드 하드웨어를 사용해 인코딩된 논리 큐비트 간에 격자 수술을 수행하면서 실시간 오류 정정을 유지한 최초의 실험적 시연 중 하나입니다.

격자 수술 실험 수행 방법

The engineers conducted several tests to ensure their calculations were correct. First, the team created a quantum device. The logic gate was composed of 17 superconducting qubits arranged in a rough square shape.

엔지니어는 계산이 정확한지 확인하기 위해 여러 테스트를 수행했습니다. 먼저 팀은 양자 장치를 만들었습니다. 논리 게이트는 대략 정사각형 형태로 배열된 17개의 초전도 큐비트로 구성되었습니다.

After entangling two, the engineers focus on the split operations. To do this, they encoded the logical qubits with bit-flip repetitions. They then monitored the stabilizers’ results every 1.66 microseconds while also performing bit flip and phase flip corrections.

The method splits the surface code square into halves, making it easier to track and test. Keenly, the test results demonstrated that their theories were correct.

이 방법은 표면 코드 정사각형을 반으로 나누어 추적 및 테스트를 용이하게 합니다. 테스트 결과는 그들의 이론이 정확함을 입증했습니다.

양자 비트에 대한 격자 수술 – 테스트 결과

The engineers noted that the bit flip errors were corrected in real time. They registered an improvement over non-encoded circuits put under the same process, with the result being that the engineers successfully created two logical qubits that were entangled with each other.

엔지니어는 비트 플립 오류가 실시간으로 교정되었다고 언급했습니다. 동일한 과정에 놓인 비인코딩 회로에 비해 개선이 있었으며, 그 결과 엔지니어는 서로 얽힌 두 개의 논리 큐비트를 성공적으로 생성했습니다.

양자 비트에 대한 격자 수술의 장점

There are many benefits that this study brings to the market. For one, it opens the door for more powerful and accurate quantum computers. The ability to reduce and encode fault tolerance and corrections into these devices will enable future iterations to provide more performance and stability.

이 연구가 시장에 제공하는 이점이 많이 있습니다. 첫째, 보다 강력하고 정확한 양자 컴퓨터의 문을 열어줍니다. 이러한 장치에 오류 내성과 교정을 축소하고 인코딩하는 능력은 향후 버전이 더 높은 성능과 안정성을 제공하도록 할 것입니다.

양자 비트에 대한 격자 수술: 실제 적용 및 타임라인

There are several applications for this work. Primarily, this research will help to expand and improve the budding quantum computer sector. It provides a new level of stability to these devices, allowing engineers to create more powerful units that rely on even more qubits to drive operations.

이 작업에는 여러 적용 분야가 있습니다. 주로, 이 연구는 성장 중인 양자 컴퓨터 분야를 확장하고 개선하는 데 도움을 줍니다. 이는 장치에 새로운 수준의 안정성을 제공하여 엔지니어가 더 많은 큐비트를 활용해 더 강력한 유닛을 만들 수 있게 합니다.

양자 비트에 대한 격자 수술 타임라인

According to engineers, there’s still a lot of work to be done before this technology is ready and applied to today’s advanced quantum devices. However, you can expect to see this technology being applied to the sector in the next 7-10 years, alongside greater quantum computer adoption.

엔지니어에 따르면, 이 기술이 오늘날의 고급 양자 장치에 적용될 준비가 되기까지 아직 많은 작업이 남아 있습니다. 그러나 향후 7~10년 내에 이 기술이 분야에 적용되고 양자 컴퓨터 채택이 확대될 것으로 기대됩니다.

양자 비트에 대한 격자 수술: 연구자들

Researchers from several prominent institutions participated in this study. Specifically, D-PHYS Professor Andreas Wallraff led the research paper while Professor Markus Müller at RWTH Aachen University and Forschungszentrum Jülich co-authored the work.

여러 주요 기관의 연구자들이 이 연구에 참여했습니다. 구체적으로, D-PHYS의 안드레아스 월라프 교수는 논문을 이끌었으며, RWTH 아헨 대학교와 프룽스센터 줄리히의 마르쿠스 뮐러 교수도 공동 저자로 참여했습니다.

The paper also lists Ilya Besedin, Michael Kerschbaum, Jonathan Knoll, Ian Hesner, Lukas Bödeker, Luis Colmenarez, Luca Hofele, Nathan Lacroix, Christoph Hellings, François Swiadek, Alexander Flasby, Mohsen Bahrami Panah, and Dante Colao Zanuz as contributors.

논문에는 이lya 베세딘, 마이클 케르슈바움, 조나단 놀, 이안 헤스너, 루카스 보데커, 루이스 콜메나레즈, 루카 호펠레, 네이선 라크루아, 크리스토프 헬링스, 프랑수아 스비아덱, 알렉산더 플라스비, 모센 바흐라미 파나, 그리고 단테 콜라오 자누즈가 기여자로 명시되어 있습니다.

양자 비트에 대한 격자 수술 미래

The future of this technology is bright. The goal is to integrate it with other recent breakthroughs to help engineers achieve their overall goal of building useful quantum computers that rely on thousands of qubits rather than dozens.

이 기술의 미래는 밝습니다. 목표는 다른 최신 돌파구와 통합해 엔지니어가 수십 개가 아닌 수천 개의 큐비트에 의존하는 실용적인 양자 컴퓨터를 구축하는 전반적인 목표를 달성하도록 돕는 것입니다.

양자 혁신에 투자하기

The quantum computing sector is dominated by several research firms that have invested millions into the tech. These groups continue to delve into this technology with an innovative spirit, helping to uncover previously thought impossible approaches. Here’s one company that has helped to foster future developments and adoption.

양자 컴퓨팅 분야는 수백만 달러를 투자한 여러 연구 기업이 주도하고 있습니다. 이들 그룹은 혁신적인 정신으로 이 기술을 지속적으로 탐구하며, 이전에 불가능하다고 여겨졌던 접근법을 밝혀내고 있습니다. 다음은 향후 개발 및 채택을 촉진한 한 기업입니다.

Rigetti Computing

Rigetti Computing was founded in 2013 by Chad Rigetti with the specific goal of building the world’s most powerful quantum computers using superconducting qubit technology. Unlike IonQ, which uses trapped ions, Rigetti’s focus on superconducting circuits aligns more closely with the ETH Zurich research involving lattice surgery on superconducting logical qubits.

Rigetti Computing은 2013년 챈 리게티가 초전도 큐비트 기술을 사용해 세계에서 가장 강력한 양자 컴퓨터를 구축한다는 목표로 설립했습니다. 트랩된 이온을 사용하는 IonQ와 달리, Rigetti는 초전도 회로에 집중함으로써 ETH 취리히의 초전도 논리 큐비트에 대한 격자 수술 연구와 더 밀접하게 맞닿아 있습니다.

In 2018, Rigetti demonstrated a 128-qubit chip, and the company has since pioneered the development of “Full-Stack” quantum computing. This includes the Fab-1 facility, the world’s first dedicated quantum foundry, where they design and manufacture their own quantum processors.

2018년 Rigetti는 128큐비트 칩을 시연했으며, 이후 ‘풀 스택’ 양자 컴퓨팅 개발을 선도했습니다. 여기에는 세계 최초의 전용 양자 파운드리인 Fab-1 시설이 포함되어, 자체 양자 프로세서를 설계·제조합니다.

Rigetti has made significant strides in hybrid quantum-classical computing. Its Quantum Cloud Services (QCS) platform integrates quantum processors with high-performance classical infrastructure, a necessity for the real-time error correction discussed in current research. In 2021, Rigetti went public via a merger with Supernova Partners Acquisition Company II, listing on NASDAQ.

Rigetti는 하이브리드 양자-클래식 컴퓨팅에서 큰 진전을 이루었습니다. Quantum Cloud Services(QCS) 플랫폼은 양자 프로세서를 고성능 클래식 인프라와 통합하여 현재 연구에서 논의된 실시간 오류 정정에 필수적입니다. 2021년 Rigetti는 Supernova Partners Acquisition Company II와의 합병을 통해 NASDAQ에 상장하며 공개되었습니다.

Today, Rigetti is actively developing its Ankaa-class systems, which utilize a square lattice of tunable couplers. This architecture is specifically designed to support the type of fault-tolerant operations and logical qubit encoding demonstrated in the latest ETH Zurich study.

현재 Rigetti는 조정 가능한 커플러의 정사각형 격자를 활용하는 Ankaa 클래스 시스템을 활발히 개발 중입니다. 이 아키텍처는 최신 ETH 취리히 연구에서 시연된 오류 내성 연산 및 논리 큐비트 인코딩을 지원하도록 설계되었습니다.

최신 Rigetti Computing (RGTI) 뉴스 및 성과

양자 비트에 대한 격자 수술 | 결론

Quantum computers promise unmatched computational power, but their fragility has made them too expensive for most people to ever use or own. This latest work will help to stabilize these devices, taking the world one step closer to an affordable and reliable option. For this reason and more, these engineers deserve a standing ovation.

양자 컴퓨터는 비할 데 없는 계산 능력을 약속하지만, 그 취약성 때문에 대부분의 사람들이 사용하거나 소유하기엔 너무 비쌉니다. 이번 최신 연구는 이러한 장치를 안정화하는 데 도움을 주어, 세계를 저렴하고 신뢰할 수 있는 옵션에 한 걸음 더 다가가게 합니다. 이러한 이유와 그 외 여러 이유로, 이 엔지니어들은 기립 박수를 받을 자격이 있습니다.

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참고문헌

^{1. Besedin, I., Kerschbaum, M., Knoll, J., Hesner, I., Bödeker, L., Colmenarez, L., Hofele, L., Lacroix, N., Hellings, C., Swiadek, F., Flasby, A., Bahrami Panah, M., Colao Zanuz, D., Müller, M., & Wallraff, A. (2026). 초전도 큐비트를 이용한 거리-3 반복 코드 두 개에서 구현된 격자 수술. Nature Physics, 1-6. https://doi.org/10.1038/s41567-025-03090-6}