양자 컴퓨팅: 초전도 큐비트가 주요 양자 테스트를 통과했습니다.

벨 테스트는 두 시스템이 실제로 얽혀 있는지 확인할 수 있습니다. 이제 초전도 회로에서 큐비트 간의 얽힘을 확인하는 데 사용되었습니다.

레아 크레인

2023년 5월 10일

초전도 큐비트를 사용하는 IBM 양자 컴퓨터

IBM

처음으로 초전도 회로가 시스템의 양자 거동을 확인하기 위한 물리학 최고의 테스트인 벨 테스트를 통과했습니다. 이러한 회로는 양자 컴퓨터에 사용되며, 이 테스트는 양자 비트가 실제로 얽혀 있음을 입증합니다.

두 개의 입자가 얽혀 있을 때 한 입자의 특성을 측정하면 비국소 상관 관계에서 다른 입자의 측정된 특성에 즉시 영향을 미칩니다. 이런 일이 발생하면 얽힘 효과가 빛보다 빠르게 이동해야 함을 의미합니다. 이 이상한 양자 효과에 대한 테스트를 벨 부등식이라고 하며, 이는 실제 얽힘 없이 입자가 우연히 같은 상태에 있을 수 있는 빈도에 대한 제한을 설정합니다. 벨의 부등식을 위반하는 것은 실제로 한 쌍의 입자가 얽혀 있다는 증거입니다.

벨 테스트는 많은 시스템에서 수행되었지만 초전도 회로에서는 수행된 적이 없습니다. 테스트를 위해 얽힌 두 시스템은 두 시스템을 측정하는 데 걸리는 시간 동안 신호가 빛의 속도로 두 시스템 사이를 이동할 수 없을 만큼 충분히 떨어져 있어야 합니다. 모든 것을 절대 영도에 가까운 온도에서 유지해야 하기 때문에 초전도 회로에서 테스트하기가 어렵습니다. 취리히에 있는 스위스 연방 기술 연구소의 Simon Storz와 그의 동료들은 처음으로 이러한 회로에서 벨 테스트를 수행했습니다.

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그들은 냉각된 30미터 길이의 알루미늄 튜브를 통해 전송된 마이크로파를 사용하여 양자 비트 또는 큐비트라고 불리는 회로의 얽힌 두 부분을 연결했으며 각 큐비트를 자체 개별 냉장고에 보관했습니다. 그런 다음 난수 생성기를 사용하여 인간의 편견을 피하기 위해 큐비트에 대해 어떤 종류의 측정을 수행할지 결정했습니다.

연구원들은 초당 12,500번의 측정 속도로 400만 번 이상의 측정을 수행했습니다. 이는 빛이 두 큐비트 사이의 튜브를 따라 이동할 수 있는 것보다 더 빠르게 각 측정 쌍이 발생하도록 하는 데 필요한 속도입니다. 모든 데이터 포인트를 함께 분석한 결과 벨의 부등식은 위반되었으며 큐비트는 예상대로 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)이 "으스스한 원거리 작용"이라고 명명한 현상을 실제로 겪고 있다는 높은 확신을 얻었습니다.

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Storz는 "이 테스트는 기술 애플리케이션을 위해 이러한 고유한 양자 기능을 활용하는 플랫폼의 능력을 확인합니다."라고 말했습니다. 30미터에 걸쳐 큐비트를 연결하는 성공은 특히 양자 컴퓨팅 및 암호화에 유망하다고 그는 말했습니다. "이것은 예를 들어 미래의 양자 슈퍼컴퓨터와 같은 센터에서 초전도 회로 기반 양자 컴퓨터를 확장하기 위한 잠재적인 경로입니다."

저널 참고자료:

자연 DOI: 10.1038/s41586-023-05885-0

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