ICT/융합

실온·대기조건에서 고체상태 스핀시스템 기반 프로그래밍 가능 양자프로세서 구현

발행일 : 2019 / 02 / 02

최근, 중국과기대 두장펑(杜江峰) 연구팀은 최초로 실온·대기조건에서 고체상태 스핀시스템 기반 프로그래밍 가능 양자프로세서를 구현하였다. 해당 연구성과는 “Npj Quantum Information”에 게재되었다.

양자 컴퓨팅은 양자중첩을 이용하여 고전적 컴퓨팅 과학의 많은 난제를 효과적으로 처리할 수 있다. 그러나 기존에 설계한 절대다수 양자 컴퓨팅 실험은 오직 특정된 양자 컴퓨팅에만 적용되고 있다. 만약 새 양자 컴퓨팅을 수행하려면 양자 컴퓨팅 하드웨어를 재배치하여야 한다. 해당 문제점을 해결하기 위해 제안된 프로그래밍 가능 양자 컴퓨팅 개념은 하드웨어를 변화시키지 않는 조건에서 해당 양자프로세서의 소량 파라미터만 배치하면 다양한 양자 컴퓨팅을 구현할 수 있다. 실온 고체상태 시스템에서 큐비트는 소음 환경에 노출될 수 있기에 양자 결맞음은 쉽게 파괴되며 따라서 실온 고체상태 시스템에서 프로그래밍 가능 양자 컴퓨팅 구현은 아주 어렵다.

연구팀은 금강석의 전자스핀 및 핵스핀(Nuclear spin)을 2개 큐비트 시스템으로 이용하여 최초로 실온 고체상태 스핀 기반 프로그래밍 가능 양자프로세서를 구현하였다. 연구팀은 녹색 레이저 펄스를 이용하여 해당 양자프로세서의 초기화 및 판독 기능을 구현하였으며 또한 일련의 고정밀도 마이크로웨이브 및 무선주파수 펄스열(RF pulse train)을 이용하여 양자 컴퓨팅을 수행하였다. 또한 연구팀은 유비쿼터스 양자 회로를 설계하여 일련의 양자 알고리즘 수행을 대응되는 마이크로웨이브 및 무선주파수 펄스의 폭 및 위상 파라미터로 전환시켰다. 이로써 사용자는 오직 해당 일련의 파라미터를 효과적으로 배치하면 다양한 양자 알고리즘을 완성할 수 있으며 번거롭고 원가가 높은 하드웨어 재배치를 수행하지 않아도 된다.