양자 이론

양자이론과 양자 컴퓨터

양자 컴퓨터는 분자 시뮬레이션에서부터 검색 알고리즘에 이르기까지 몇 가지 중요한 응용 분야에서 기존 컴퓨터보다 성능이 뛰어나야 합니다.일반적으로 수백만 개 정도의 많은 양자 비트까지 확장 될 수 있습니다. 초전도 회로나 반도체 스핀을 사용하는 것과 같은 대부분의 고체 상태 큐비트 기술의 경우 스케일링은 추가 큐비트마다 생성되는 열을 증가시키기 때문에 상당한 문제를 제기하는 반면, 희석 냉장고의 냉각 전력은 작동 온도에서 심각하게 제한됩니다. 약 1.5 켈빈에서 양자점에 국한된 두 개의 큐비트를 포함하는 확장 가능한 실리콘 양자 프로세서 단위 셀의 작동을 보여줍니다. 전자 저장소에서 양자점을 분리한 다음 두 양자점 사이의 전자 터널링을 통해서만 큐비트를 초기화하고 읽는 방법으로 이를 달성합니다. 동위 원소가 풍부한 실리콘에서 전기 구동 스핀 공명을 사용하여 큐 비트를 일관되게 제어하여 98.6%의 단일 큐비트 게이트 충실도 및 마이크로 단위의 일관된 시간을 달성하며 스핀 큐빗과 비교하여 큐비트를 일관되게 제어합니다. 밀리 켈빈의 천연 실리콘은 단위 셀이 큐빗 에너지가 열 에너지보다 훨씬 낮은 3.5 기가 헤르츠의 큐비트 제어 주파수에 대응하는 테슬라만큼 낮은 자기장에서 작동될 수 있음을 보여줍니다. 단위 셀은 풀 스케일 실리콘 양자 컴퓨터의 코어 빌딩 블록을 구성하고 아키텍처에 의해 요구되는 레이아웃을 만족시킵니다. 미래에 양자 컴퓨터는 암호화, 재료 연구 또는 약물 연구와 같은 분야에서 현대 컴퓨터 기술에 혁명을 가져올 것입니다. 양자 컴퓨터는 큐빗이라는 논리적 빌딩 블록에 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다. 양자 컴퓨터 개발자들은 여전히 많은 문제로 어려움을 겪고 있습니다. 예를 들어, 가장 일반적인 큐빗은 매우 낮은 온도에서만 작동합니다. 연구자들은 Nature저널에 더 높은 온도에서도 작동하여 막대한 비용을 절약하는 새로운 큐비트를 제시했습니다. 큐비 트는 특별한 양자 속성을 가지고 있습니다. 제로 또는 1의 값으로만 계산할 수 있는 기존 컴퓨터의 컴퓨팅 유닛과 달리 큐비트는 중간 상태를 가질 수도 있습니다. 또한, 큐비트는 모든 큐비트가 공통의 집단 상태를 갖는 양자 얽힘 상태가 될 수있습니다. 이 양자 역학적 특성 덕분에 양자 컴퓨터에서 퀀트와 함께 알고리즘의 모든 단계를 동시에 수행할 수 있습니다. 충분한 큐비트가 간섭 없이 상호 연결되면 양자 컴퓨터의 컴퓨팅 성능은 기존 컴퓨터를 빠르게 능가하지만 큐비트는 매우 민감하므로 외부 간섭 필드나 진동으로부터 보호되어야 합니다. 큐비트에는 여러 가지 유형이 있습니다. 가장 일반적인 유형에는 초소형 큐비트가 있으며 초소형 전자 공진 회로로 구성됩니다. 이 큐비트의 장점은 기존 실리콘 기술을 사용하여 대량으로 제조 및 연결할 수 있다는 것입니다. 그러나 이들은 일반적으로 0.1 켈빈 미만, 즉 절대 온도 섭씨 273.15도 보다 0.1도 높은 온도에서만 작동합니다. 이에 필요한 냉각 시스템으로 인해 이러한 큐비트 작업은 번거로울 뿐만 아니라 비용도 많이 듭니다. 그러나 연구팀은 이제 냉각의 위한 비용을 줄이는 데 성공했습니다. 델프트 공과 대학의 Menno Veldhorst와 그의 연구진들은 구조에 대한 많은 개별적인 세부 사항을 개선함으로써 큐빗의 작동 온도를 1.1 캘빈으로 올렸습니다. 이를 위해 그들은 다른 물질이 없을뿐만 아니라 거의 독점적으로 매우 특정한 실리콘 동위 원소로 구성된 실리콘을 사용합니다. 시드니의 뉴 사우스 웨일즈 대학교의 앤드류 듀락과 그의 동료들도 동위 원소의 순수한 실리콘을 사용했습니다. 큐비트를 읽을 때 다른 양자 역학적 효과를 사용하여 작동 온도를 1.5 캘빈까지 높였습니다. 제어 전자 장치와 큐비트 사이의 전자는 일반 와이어를 통해 흐르지 않았지만 작은 접촉을 통해 저항 없이 거의 이동했습니다. 1 캘빈 한계는 저온 연구에서 중요한 역할을 합니다. 1 캘빈보다 10분의 1 도마다 냉각 노력이 증가하기 때문에 비용이 수백만으로 증가합니다. 또한, 기존의 큐비트 제어 전자 장치는 이러한 저온에서 작동하지 않습니다. 컨트롤과 큐비트가 함께 설치된 양자 칩을 설계하려면 최소한 1 켈빈 이상의 큐비트가 필요합니다. 새로운 유형의 큐비트는 향후 큐비트 및 제어 전자 장치를 위한 최적의 구조를 개발하기 위한 중요한 단계입니다. 우리가 보는 세계가 시각의 차이에 따라서 결과가 달라진다면, 파동인지 입자인지도 정해져 있지 않다면, 아인슈타인에게는 이 세계, 이 우주가 결정이 되어져 있다면 그 가능성은 배제될 수 없는 것입니다. 아인슈타인은 이 해석을 보고 "신은 주사위를 던지지 않는다"고 말했습니다. 주사위를 던지기 전까지 여러분은 한 개 또는 여섯 개를 가질 수 있습니다. 그것은 완전한 확률입니다. 세상이 이미 결정되어 있고 답이 있을지도 모른다는 해석은 아인슈타인에게는 말도 안 되는 비관론적인 학설이었던 것입니다. 하지만, 코펜하겐의 해석을 비꼬는 아인슈타인의 말은 아인슈타인이 극복하지 못한 양자역학의 위대함을 드러냈을 뿐입니다. 왜 이런 일이 일어나는지 아직 아무도 모릅니다. 그리고 이해를 위해서 우리는 그것을 매우 큰 축구공에 비유해왔지만 이 모든 것이 아주 작은 '양자' 세계에서 일어나고 있다는 것을 잊지 마세요. 아마도 양자 세계는 너무 작아서 그 자체로 매우 큰 사건일 것입니다. 불을 켜고 양자를 본다고 해도 물질의 상태를 바꿀 만큼 체스판을 2차원으로 보면 체스의 말이 없어져도 사라짐 그 이상은 될 수 없습니다. 사라지거나 그대로 있거나 둘 중 하나입니다. 그런데 체스판을 3차원으로 보면 체스판을 누가 어디로 옮기고 있는지 알 수 있습니다. 아마도 우리가 알고 있는 현재의 양자 역학은 2차원적인 수준일 것입니다. 차원이 바뀔 때 새로운 세계가 열리고 3차원 세계가 열리면 양자역학의 세계에서 누가 무엇을 하고 있는지 알 수 있지 않을까요.