효율적인 양자 컴퓨팅은 기존 컴퓨터로는 불가능한 발전을 가능하게 할 것으로 기대됩니다. 일본과 시드니의 과학자들은 기존의 집적 회로 기술을 사용하여 구축 할 수있는 새로운 2 차원 설계를 공동 작업하고 제안했습니다. 이 설계는 스케일 업 된 양자 컴퓨터를위한 현재의 3 차원 패키징에 직면 한 전형적인 문제를 해결하여 미래를 한 단계 더 가까이 가져옵니다.

양자 컴퓨팅은 물리, 화학, 제약, 비행기 및 자동차 산업의 산업 분야와 같은 분야의 과학자들의 초점이되고 있습니다. 전 세계적으로 Google 및 IBM과 같은 회사의 연구소는 양자 컴퓨터를 개선하는 데 광범위한 리소스를 사용하고 있습니다.

양자 컴퓨터는 양자 역학의 기본 원리를 사용하여 기존 컴퓨터보다 훨씬 더 많은 양의 정보를 훨씬 빠르게 처리합니다. 에러 정정 및 내결함성 양자 계산이 달성 될 때, 과학적 및 기술적 진보는 전례없는 규모로 일어날 것으로 예상된다.

그러나 대규모 계산을 위해 퀀텀 컴퓨터를 구축하는 것은 아키텍처 측면에서 문제가되고 있습니다. 양자 컴퓨터의 기본 단위는 "양자 비트"또는 "큐빗"입니다. 이들은 일반적으로 원자, 이온, 광자, 전자와 같은 아 원자 입자 또는 여러 상태에 동시에 존재하는 더 큰 원소이므로 대량의 데이터에 대해 여러 가지 잠재적 결과를 빠르게 얻을 수 있습니다.

양자 컴퓨터에 대한 이론적 요구 사항은 2 차원 배열로 배열되어야하며, 각 큐빗은 가장 가까운 이웃과 연결되고 필요한 외부 제어 라인 및 장치에 연결됩니다. 어레이의 큐 비트 수가 증가하면 어레이 내부의 에지에서 큐 비트에 도달하기가 어려워집니다. 이 문제를 해결해야했기 때문에 지금까지 많은 전선이 교차하는 여러 평면에서 복잡한 3D (3D) 배선 시스템이 만들어 져서 건설에 중대한 엔지니어링 과제가되었습니다.

Jaw-Shen Tsai 교수가 이끄는 일본 도쿄 과학 대학, 일본 RIKEN Emergent Matter Science Center 및 시드니 기술 대학의 과학자 그룹은 아키텍처를 수정하여이 큐 비트 접근성 문제에 대한 고유 한 솔루션을 제안합니다. 큐빗 배열의 "여기서 우리는이 문제를 해결하고 3D 외부 회선 기술을 필요로하지 않고 완전히 평면적 인 설계로 되돌아가는 수정 된 초전도 마이크로 아키텍처를 제시합니다." 이 연구는 New Journal of Physics 에 발표되었습니다 .

과학자들은 큐 비트 정사각형 격자 배열로 시작하여 2D 평면의 각 기둥을 펼쳤습니다. 그런 다음 각 연속 열을 서로 접어서 "이중선"배열이라는 이중 1 차원 배열을 형성합니다. 이것은 모든 큐 비트를 가장자리에 놓고 필요한 배선 시스템의 배치를 단순화했습니다. 이 시스템은 2D로도 완벽합니다. 이 새로운 아키텍처에서 일부 큐빗 간 연결 큐 쿼트는 어레이의 모든 인접한 큐빗에도 연결됩니다. 그러나 이것은 배선에서 유일한 오버랩이기 때문에 포인트의 에어 브릿지와 같은 간단한 로컬 3D 시스템 오버랩이 충분하고 시스템 전체가 2D로 유지됩니다. 당신이 상상할 수 있듯이, 이것은 구조를 상당히 단순화시킵니다.

과학자들은 수치와 실험적 평가를 통해이 새로운 배열의 실현 가능성을 평가했는데, 여기에서 에어 브릿지를 통과하기 전후에 얼마나 많은 신호가 유지되는지 테스트했습니다. 두 평가의 결과는 기존 기술을 사용하고 3D 배열없이이 시스템을 구축하고 실행할 수 있음을 보여주었습니다.

과학자들의 실험은 또한 그들의 구조가 3D 구조를 괴롭히는 몇 가지 문제를 해결한다는 것을 보여주었습니다. 이들은 구성하기가 어렵고, 두 와이어를 통해 전송되는 파동 사이에 누화 또는 신호 간섭이 있으며, 큐빗의 취약한 양자 상태는 저하 될 수 있습니다. 새로운 유사 2D 설계는 와이어가 서로 교차하는 횟수를 줄여 크로스 토크를 줄이고 결과적으로 시스템 효율을 높입니다.

전 세계의 대규모 실험실에서 대규모 내결함성 양자 컴퓨터를 구축하는 방법을 찾으려고 할 때이 흥미로운 새 연구 결과에 따르면 기존의 2D 집적 회로 기술을 사용하여 이러한 컴퓨터를 구축 할 수 있습니다. "양자 컴퓨터는 최신 컴퓨터의 기능을 훨씬 능가하는 정보 장치입니다"라고 Tsai 교수는 말합니다. 이러한 방향으로의 연구 여정은이 연구에 의해서만 시작되었으며, Tsai 교수는“우리는 가능성을 더 조사하고 탐구하기 위해 소규모 회로를 구성 할 계획”이라고 결론 지었다.

출처 : 도쿄 과학 대학

https://www.technology.org/2020/04/27/wiring-the-quantum-computer-of-the-future-a-novel-simple-build-with-existing-technology/