컴퓨팅
밀리초 큐비트, 양자 기술의 획기적인 발전
밀리초 단위 초전도 큐비트 분야에서 획기적인 발전
양자 컴퓨터는 암호화 방식, 단백질의 3차원 구조와 같은 복잡한 시뮬레이션 계산 방식에 혁명을 일으킬 수 있으며, 오늘날 우리가 상상조차 하지 못하는 훨씬 더 많은 응용 분야를 가지고 있을 것입니다.
양자 컴퓨터가 제대로 작동하려면 양자 컴퓨팅의 핵심 요소인 '큐비트'가 최대한 안정적이어야 합니다. 지금까지는 '트랩 이온' 방식의 양자 컴퓨터만이 매우 안정적인 큐비트를 생성할 수 있었습니다. 하지만 이 기술은 초전도 큐비트 방식보다 규모 확장이 본질적으로 더 어렵습니다.
따라서 초전도 큐비트가 이 기술의 미래가 될 수 있지만, 큐비트의 결맞음 시간의 안정성을 개선하는 것이 필요합니다.
프린스턴 대학교의 대규모 연구팀이 바로 이러한 성과를 이루어냈습니다. 그들은 1밀리초 이상, 즉 기존 최고 기록보다 3배 더 오랫동안 결맞음을 유지할 수 있는 초전도 큐비트를 개발했습니다.
그들은 연구 결과를 네이처(Nature)에 발표했습니다.1, 제목 아래 '2차원 트랜스몬 큐비트의 밀리초 단위 수명 및 결맞음 시간".
큐비트 결맞음 한계
양자 컴퓨팅을 수행하려면 양자 컴퓨터는 "결맞음"이라는 특수한 양자 상태를 유지해야 하는데, 이 상태는 환경의 간섭에 매우 취약합니다. 일반적으로 열 잡음과 입자 운동은 나노초 단위로 결맞음을 파괴하는 경향이 있습니다.
극저온과 같은 특수한 조건에서는 큐비트의 수명이 더 길어질 수 있습니다. 하지만 여전히 충분히 긴 결맞음 시간을 확보하는 것은 오늘날 대부분의 양자 컴퓨터에 있어 주요한 제약 사항이며, 이로 인해 계산 오류가 발생하여 전체 컴퓨팅 용량이 감소할 뿐만 아니라 소프트웨어 업그레이드를 통해서도 쉽게 보정할 수 없습니다.
따라서 양자 컴퓨팅 산업이 상용화 단계에 도달하기 전에, 어떤 물질이 더 오랫동안 결맞음을 유지할 수 있는지를 파악하는 것은 매우 중요한 진전입니다.
"오늘날 우리가 유용한 양자 컴퓨터를 갖지 못하게 막는 진정한 과제는 큐비트를 만들어도 정보가 오래 지속되지 않는다는 점입니다."
이것이 바로 다음 단계의 큰 도약입니다.”
연구자들이 트랜스몬 큐비트 결맞음성을 확장한 방법
연구진은 구글이나 IBM 같은 회사들이 자체 양자 컴퓨터에 사용하는 것과 같은 유형의 초전도 큐비트를 사용했습니다. t랜스몬 큐비트.
트랜스몬 큐비트는 높은 충실도(단일 큐비트 게이트 충실도가 99.9% 이상)와 대규모 생산 가능성, 그리고 0.1밀리초의 높은 결맞음 시간이라는 장점을 가지고 있습니다.
이는 유망하지만, 일관성 유지 시간이 여전히 너무 짧습니다.
프린스턴 연구진이 평균 1.68밀리초 동안 작동하는 큐비트를 만드는 데 성공했다고 발표했을 때, 이는 엄청난 발전이었습니다.
출처: 자연
이는 실험실에서 만들어진 최고의 큐비트 지속 시간보다 3배 더 길고, 양자 컴퓨터를 개발하는 민간 기업에서 사용하는 것보다 15배 더 강력한 큐비트 지속 시간입니다.
탄탈륨과 실리콘이 양자 결맞음을 향상시키는 이유는 무엇일까요?
탄탈륨이 결맞음성을 향상시킵니다
이러한 결과를 얻기 위해 연구진은 사용된 재료에 두 가지 다른 개선 사항을 적용했습니다.
먼저, 그들은 취약한 회로가 에너지를 보존하도록 돕기 위해 탄탈륨이라는 금속을 기본층으로 사용했습니다. 이는 금속의 미세하고 숨겨진 표면 결함이 에너지의 이동을 포착하고 흡수할 수 있기 때문입니다.
특히 칩에 큐비트가 추가될수록 이러한 유형의 오류는 더욱 심각해지며, 특정 개수를 넘어서면 칩이 쓸모없어지게 됩니다.
주사투과전자현미경(STEM)을 사용하여 탄탈륨의 입방정 결정 구조가 매우 규칙적임을 확인했습니다.
출처: 자연
알루미늄과 같은 금속에 비해 탄탈륨은 결함이 훨씬 적고 불순물 제거에 사용되는 강력한 세척 공정에 대한 저항력이 매우 높습니다.
"탄탈륨을 산에 넣어도 그 성질은 변하지 않습니다."
실리콘 기판 위에 탄탈륨을 직접 성장시키는 것은 극복하기 위해 상당한 노력이 필요한 어려운 과제였습니다.
스크롤하려면 스와이프하세요 →
| 큐비트 소재 | 기판 | 평균 결맞음 시간 | 결함 밀도 | 제작 용이성 |
|---|---|---|---|---|
| 알류미늄 | 사파이어 | 0.1 MS | 높음 | 중급 |
| 탄탈 | 고저항 실리콘 | 1.68 MS | 높음 | 높은 (반도체 호환) |
실리콘이 사파이어를 대체하다
양자 칩에 사용되는 사파이어 기판 또한 결맞음 손실을 초래하는 에너지 손실의 또 다른 원인입니다.
대신 연구진은 전통적인 컴퓨팅 산업에서 흔히 사용되는 표준 재료인 고품질(고저항) 실리콘을 사용했습니다.
이러한 탄탈륨-실리콘 플랫폼에 사용된 재료의 개선 덕분에 결과적으로 단일 큐비트 게이트는 99.994%의 충실도를 달성할 수 있었습니다.
실험실 혁신에서 확장 가능한 양자 칩까지
연구진은 자신들의 방법을 이용해 기존의 모든 설계보다 뛰어난 성능을 발휘하는 완벽하게 작동하는 양자 칩을 제작했습니다.
오류율은 곱셈 방식으로 증가하기 때문에 이러한 유형의 개선은 시스템 크기에 따라 기하급수적으로 커집니다. 결과적으로 개별 큐비트의 오류율이 10~15배 향상되더라도 다중 큐비트 컴퓨터에서는 훨씬 더 큰 효과를 가져옵니다.
중요한 점은 이러한 큐비트가 생소한 새로운 개념이 아니라 단순히 다른 물질을 사용하는 "전통적인" 초전도 큐비트라는 것입니다. 따라서 기존 양자 컴퓨터에 쉽게 통합될 수 있고 기존 양자 컴퓨팅 소프트웨어에서 사용할 수 있습니다.
"프린스턴의 부품을 구글의 최고급 양자 프로세서인 윌로우에 이식하면 성능이 1,000배 향상될 것입니다."
프린스턴 큐비트의 이점은 시스템 규모가 커질수록 기하급수적으로 증가하므로, 큐비트를 더 추가하면 훨씬 더 큰 이점을 얻을 수 있습니다.
이는 프린스턴의 설계가 가상의 1,000큐비트 컴퓨터의 성능을 약 1억 배 향상시킬 수 있음을 의미합니다.
더욱 좋은 점은 탄탈륨과 실리콘을 사용한다는 것은 제조 방식이 반도체 산업에서 이미 사용되고 있는 방식과 일치한다는 것을 의미하므로, 완전히 새로운 기술을 개발하는 것보다 대량 생산을 훨씬 쉽게 달성할 수 있다는 것입니다.
이 연구는 실리콘 양자 칩이, 우리가 이전에 논의했던 내용이는 양자 컴퓨팅 산업에 있어 올바른 방향일 가능성이 높습니다.
함께 더 나은 양자 광원, 하이브리드 양자-광자 칩글렌데일 양자 정보를 일반 통신 데이터 흐름과 함께 전송할 수 있는 가능성이처럼 훨씬 더 큰 양자 컴퓨터를 향한 진전은 해당 기술이 빠르게 상업적 성숙 단계에 접어들고 있음을 보여줍니다.
양자 컴퓨팅 혁신에 투자하기
1. 주식회사 알파벳
(GOOGL )
구글은 양자 컴퓨팅 분야에서 매우 활발하게 활동하고 있으며, 주로 자사 플랫폼을 통해 활동하고 있습니다. 샌타바버라에 위치한 구글 양자 AI 연구소 및 양자 AI 캠퍼스.
구글의 양자 컴퓨터는 2019년 시카모어(Sycamore)라는 기계를 통해 "양자 우위"를 달성했다고 주장하며 역사에 한 획을 그었습니다. 이 기계는 기존 슈퍼컴퓨터로는 10,000만 년이 걸릴 계산을 200초 만에 수행했습니다.
이것은 이제 왜소해졌습니다 Willow라고 불리는 최신 칩의 성능이것은 큐비트를 추가할수록 오류율이 낮아지는 최초의 양자 컴퓨팅 칩입니다. 따라서 확장 가능한 최초의 양자 칩 설계라고 할 수 있습니다.
하지만 구글의 가장 큰 공헌은 소프트웨어 분야에서 이루어질지도 모릅니다. 구글은 소프트웨어 분야에서 하드웨어보다 훨씬 뛰어난 실적을 보여왔습니다(검색, G Suite, 안드로이드 등).
이미 Google의 양자 AI는 과학자들이 양자 알고리즘을 개발하는 데 도움이 되도록 설계된 소프트웨어 제품군을 제공하고 있습니다.
또한 "공개적으로" 옹호합니다.연구원, 엔지니어 및 개발자가 저희의 여정에 동참하기를 바랍니다. 오픈 소스 소프트웨어 및 교육 리소스(당사의 리소스 포함) Coursera의 새로운 코스개발자들이 양자 오류 수정의 기본 사항을 배우고 미래의 문제를 해결할 수 있는 알고리즘을 만드는 데 도움을 줄 수 있는 곳입니다."
이러한 개방적인 접근 방식 덕분에 구글은 이제 하드웨어뿐만 아니라 클라우드 솔루션 분야에서도 선두를 달리고 있습니다. 구글은 양자 컴퓨팅 소프트웨어와 양자 프로그래밍의 표준을 설정하는 기업 중 하나일 수 있으며, 이는 해당 분야의 미래 발전을 이끌어갈 수 있는 특권적인 위치를 점하고 있습니다.
한편, 웨이모의 자율주행차를 포함한 AI 솔루션은 여전히 검색 및 광고 산업에서 압도적인 지배적 지위를 유지하고 있는 알파벳의 새로운 수익원이 될 수도 있습니다.
구글의 양자 컴퓨팅과 관련 없는 활동, 특히 광고 및 인공지능에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다. 2024년 XNUMX월의 전담 보고서에서.
알파벳(GOOGL) 주식 관련 최신 뉴스 및 동향
참고 연구:
1. Bland, MP, Bahrami, F., Martinez, JGC et al. 2D 트랜스몬 큐비트의 밀리초 수명 및 결맞음 시간. Nature 647, 343–348 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09687-4
