격자 수술 시연, 오류 내성 양자 컴퓨팅을 진전시킴

ETH Zurich 연구진이 이끄는 과학자팀이 최근 격자 수술로 양자 비트를 얽히게 하는 방법을 시연했습니다. 이 공정은 더 강력한 양자 컴퓨터를 만들고 성능과 향후 활용 가능성을 넓혀 줍니다. 핵심 내용을 살펴보겠습니다.

양자 컴퓨터가 근본적으로 다른 이유

많은 전문가는 양자 컴퓨터를 컴퓨터 진화의 다음 단계로 봅니다. 기존 컴퓨터보다 수천 배의 연산 능력을 제공할 수 있어 복잡한 과학 계산 등에 적합합니다.

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

양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 훨씬 강력한 성능을 입증했습니다. 큐비트, 중첩, 얽힘, 간섭을 활용해 정보를 처리하므로 수백만 건의 계산을 병렬로 수행할 수 있습니다.

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

하지만 양자 데이터를 저장하는 일은 복제와 보관이 가능한 기존 비트보다 훨씬 어렵습니다. 기존 데이터는 복사본을 대조해 손상 여부를 확인할 수 있습니다.

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.

양자 오류 정정은 여러 이유로 훨씬 복잡합니다. 큐비트는 기존 비트처럼 복제할 수 없고 큐비트 사이의 얽힘 상태에 의존합니다. 이 취약한 상태는 쉽게 무너질 수 있습니다.

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

양자 컴퓨터는 결맞음 붕괴와 위상 변화도 처리해야 합니다. 큐비트는 예고 없이 양에서 음으로 위상이 바뀔 수 있어 양자 데이터를 장기간 저장하기 어렵습니다.

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

엔지니어들은 이러한 변화를 정정하기 위해 여러 방법을 연구했습니다. 대표적인 방법은 여러 큐비트로 논리 큐비트를 만들고 지속적으로 오류 정정을 적용해 정확성을 유지하는 것입니다.

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.

이 과정에서는 특수 제작한 안정화 장치의 상태를 계속 측정해야 합니다. 안정화 장치는 큐비트 값을 바꾸지 않고 변화를 감시하며, 추적 가능한 비트 및 위상 판독값을 제공합니다.

이 과정에서 정정 상태를 저장하는 데이터 큐비트가 만들어집니다. 다만 대부분의 양자 컴퓨터가 초전도 큐비트의 2차원 배열을 사용한다는 점에서 문제가 생깁니다.

큐비트는 공간에 고정되어 양자 상태를 훼손하지 않고 옮길 수 없습니다. 안정화 장치는 안정성을 유지하지만 인접 큐비트에만 작용하므로 2차원 배열에 한정되고 활용 범위가 좁습니다.

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

양자 컴퓨팅 성능을 개선하기 위해 ETH Zurich와 Paul Scherrer Institute 연구진은 Nature Physics에 “초전도 큐비트를 이용한 거리 3 반복 코드 두 개의 격자 수술 구현¹” 연구를 발표했습니다.

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.

논문은 양자 얽힘과 안정화 장치를 위한 새로운 방법을 제시합니다. 이 접근법은 실시간 오류 정정을 수행하면서 초전도 논리 큐비트 사이에서 양자 연산을 실행하게 합니다.

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?

새로운 기술의 핵심은 격자 수술입니다. 격자 수술은 논리 큐비트 사이에서 위상 코드를 결합하며, 2차원 큐비트 배열과 오류 내성 게이트 연산을 지원합니다.

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.

격자 수술을 사용하면 서로 인접하지 않은 인코딩 큐비트 사이에도 논리 게이트를 적용할 수 있습니다. 직접 접촉을 피하므로 결맞음 붕괴로 인한 오류가 줄어듭니다.

격자 수술은 안정화 장치가 적용된 큐비트 패치를 사용합니다. 게이트를 일시적으로 연결해 패리티 검사와 더 큰 코드 공간을 지원합니다. 이번 연구는 연산 중 실시간 오류 정정을 유지하면서 초전도 표면 코드 하드웨어의 인코딩된 논리 큐비트 사이에서 격자 수술을 수행한 최초의 실험 사례 중 하나입니다.

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

엔지니어들은 계산을 검증하기 위해 여러 시험을 진행했습니다. 먼저 17개의 초전도 큐비트를 대략 정사각형으로 배치한 논리 게이트를 갖춘 양자 장치를 만들었습니다.

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

두 큐비트를 얽은 뒤 분할 연산에 집중했습니다. 논리 큐비트를 비트 플립 반복 코드로 인코딩한 다음 1.66마이크로초마다 안정화 결과를 감시하며 비트 및 위상 플립을 정정했습니다.

이 방법은 표면 코드 정사각형을 절반으로 나눠 추적과 시험을 쉽게 합니다. 시험 결과는 연구진의 이론이 옳았음을 보여 줬습니다.

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

비트 플립 오류는 실시간으로 정정됐습니다. 동일한 과정을 적용한 비인코딩 회로보다 성능이 향상됐고, 연구진은 서로 얽힌 두 개의 논리 큐비트를 성공적으로 만들었습니다.

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

이 연구는 시장에 여러 이점을 제공합니다. 더 강력하고 정확한 양자 컴퓨터의 길을 열며, 오류 내성과 정정을 장치에 인코딩함으로써 향후 제품의 성능과 안정성을 높일 수 있습니다.

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

응용 분야도 다양합니다. 무엇보다 초기 양자 컴퓨터 산업을 확장하고 개선하며, 안정성을 높여 더 많은 큐비트로 작동하는 강력한 장치를 만들 수 있게 합니다.

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

연구진에 따르면 기술이 현재의 고급 양자 장치에 적용되려면 아직 많은 작업이 필요합니다. 다만 양자 컴퓨터 채택 확대와 함께 향후 7~10년 안에 산업에 적용될 것으로 예상됩니다.

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

여러 주요 기관의 연구진이 참여했습니다. D-PHYS의 Andreas Wallraff 교수가 연구를 이끌었고 RWTH Aachen University 및 Forschungszentrum Jülich의 Markus Müller 교수가 공동 저자로 참여했습니다.

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.

논문에는 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, Dante Colao Zanuz도 기여자로 명시됐습니다.

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

이 기술의 미래는 밝습니다. 다른 최신 혁신과 결합해 수십 개가 아니라 수천 개의 큐비트로 작동하는 유용한 양자 컴퓨터를 만드는 것이 목표입니다.

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

양자 컴퓨팅 분야는 기술에 수백만 달러를 투자한 여러 연구 기업이 주도합니다. 이들은 혁신적인 연구로 과거에는 불가능하다고 여긴 방법을 찾아내고 있습니다. 다음은 향후 발전과 채택에 기여한 기업입니다.

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 (RGTI )은 초전도 큐비트 기술로 세계에서 가장 강력한 양자 컴퓨터를 구축한다는 목표로 Chad Rigetti가 2013년 설립했습니다. 포획 이온을 쓰는 IonQ와 달리 초전도 회로에 집중하므로 초전도 논리 큐비트 격자 수술에 관한 ETH Zurich 연구와 밀접하게 맞닿아 있습니다.

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.

2018년 Rigetti는 128큐비트 칩을 시연했고 이후 “풀스택” 양자 컴퓨팅 개발을 선도했습니다. 자체 양자 프로세서를 설계·제조하는 세계 최초의 전용 양자 파운드리 Fab-1도 여기에 포함됩니다.

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.

Rigetti는 하이브리드 양자-고전 컴퓨팅에서도 큰 진전을 이뤘습니다. Quantum Cloud Services(QCS)는 양자 프로세서를 고성능 고전 인프라와 통합하며, 이는 이번 연구의 실시간 오류 정정에 필수적입니다. 2021년에는 Supernova Partners Acquisition Company II와 합병해 NASDAQ에 상장했습니다.

현재 Rigetti는 조정 가능한 커플러의 정사각 격자를 사용하는 Ankaa급 시스템을 개발하고 있습니다. 이 구조는 최신 ETH Zurich 연구가 시연한 오류 내성 연산과 논리 큐비트 인코딩을 지원하도록 특별히 설계됐습니다.

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

양자 컴퓨터는 뛰어난 연산 능력을 약속하지만 취약성 때문에 대부분의 사람이 이용하거나 소유하기에는 너무 비쌉니다. 이번 연구는 장치를 안정화해 합리적인 가격의 신뢰할 수 있는 제품에 한 걸음 더 다가가게 합니다. 이러한 성과를 낸 연구진은 큰 찬사를 받을 만합니다.

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}