| 중국과기대, 강상관 얽힘시스템 양자 랜덤워크에서의 초전도 양자컴퓨팅 관련 성과 | ||
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 최근 중국과학기술대학 판젠웨이(潘建偉)/주샤오보(朱曉波)/펑청즈(彭承志) 연구팀은 중국과학원 물리연구소 판헝(範桁) 연구팀과 공동으로 초전도 큐비트를 양자 랜덤워크(Random Walk) 연구에 창의적으로 응용했다. 해당 연구는 향후 다물체 물리현상 시뮬레이션 및 양자 랜덤워크를 이용한 범용 양자컴퓨팅 연구에 중요한 역할을 할 전망이다. 해당 연구성과는 "Science"에 온라인으로 게재되었다. 양자 랜덤워크는 고전 랜덤워크가 양자역학에서의 확장으로서 고전 랜덤워크와 구별된다. 양자 랜덤워크는 양자중첩상태 특성을 이용한다. 격자점에서 입자 이동 특성은 양자역학의 파동함수 통계법칙으로 해석할 필요가 있다. 양자 랜덤워크 자체가 다물체 물리시스템의 양자 거동을 시뮬레이션할 수 있고 또한 이론상 최종적으로 범용 양자컴퓨팅에 이용 가능하다. 양자컴퓨팅에서 가장 전망 있는 방안인 초전도 양자컴퓨팅은 각국 정부의 관심은 물론 Google, IBM, Intel, 텐센트, 알리바바 등 회사를 포함한 대기업이 직접적으로 투입하고 있는 분야이다. 고체상태 양자컴퓨팅 방안으로서의 초전도 양자컴퓨팅의 내재적 비교우위는 공법 분야에서 보유하고 있는 양호한 확장가능성이다. 더 많은 큐비트를 끊임없이 통합함과 동시에 모든 큐비트의 품질을 어떻게 담보할지가 현재 해결해야 할 가장 큰 과제이다. 최근 2년래 IBM, Google 등 회사의 초전도 양자컴퓨팅 연구팀이 각각 50비트, 72비트 초전도 양자프로세서를 개발했다는 보고가 있지만 지금까지 프로세서 품질을 입증할만한 완전 데이터를 공개하지 못하고 있다. 뿐만 아니라 다중 큐비트 컴퓨팅시스템의 핵심 평가지표인 최대 얽힘 비트 수효와 관련한 결과도 발표되지 않았다. 판젠웨이 연구팀은 고품질 12비트 1차원 체인(one-dimensional chain) 초전도 비트프로세서 설계·가공을 통해 12개 초전도 큐비트 다물체 실제 얽힘상태 "클러스터 상태(cluster state)" 구축을 구현했다. 이로써 중국과기대/저장대/물리연구소 공동연구팀이 앞서 창조한 10개 초전도 큐비트 얽힘 구현 기록을 경신했다. 중요한 것은 공동연구팀의 얽힘 생성 방식은 기존의 집단 공명결합(resonant coupling)과 달리 표준 큐비트 게이트로 구축하여 근본적으로 더 양호한 확장가능성을 보유한다. 해당 기록은 현재로 고체상태 양자시스템에서 실현한 최대 다물체 실제 얽힘 비트 수효이다. 해당 성과는 "Physical Review Letters"에 편집자의 추천논문으로 게재되었다. 연구팀은 자체적으로 개발한 고품질 초전도 양자컴퓨팅시스템에 기반해 최초로 고체상태 양자컴퓨팅시스템에서 강상관 얽힘시스템의 양자 랜덤워크를 실험적으로 시연했다. 연구팀은 단일 입자 및 이중 입자 여기조건에서 1차원 단거리 결합의 양자 랜덤워크 연구를 통해 고충실도 상태, 얽힘도 및 상관함수가 시공간 광원뿔(light cone)에서의 시간 의존적 변화를 관측했다. 이외 실험적으로 최초로 경계반사 및 파동함수 간섭으로 인해 형성된 이차(secondary) 얽힘 파면의 전파 거동을 관측했다. 이중 입자 여기를 도입한 상황에서 시간 의존적 장거리 반상호 강상관 광자로 형성된 페르미온화 거동을 실험적으로 관측함과 아울러 광자의 반집군(anti-bunching) 거동을 구현했다. 해당 연구는 최초로 인공 큐비트를 사용해 광자의 반집군 거동을 시뮬레이션함으로써 향후 양자 랜덤워크를 이용한 다물체 물리현상 시뮬레이션 및 범용 양자컴퓨팅 연구에 기반을 마련했다. 정보출처 : https://mp.weixin.qq.com/s/Cu0G07033-RZSLpDd2AtCg |
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