나노기술 및 정책 정보

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양자컴퓨팅의 실용성은 양자비트 또는 큐비트의 무결성에 달려있음. 양자컴퓨터의 논리요소인 큐비트(Qubits)는 양자정보를 나타내는 coherent 2 level 시스템임. 각 큐비트는 양자중첩 상태에 있을 수 있는 이상한 능력을 가지고 있어 두 상태의 측면을 동시에 전달하여 병렬계산의 양자버전을 가능하게 함. 양자컴퓨터는 하나의 프로세서에서 많은 큐비트를 수용할 수 있도록 확장할 수 있다면 오늘날의 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠르며 훨씬 더 복잡한 문제를 처리할 수 ​​있음. 그러나 그 모든 것은 큐비트의 무결성 또는 중첩 및 양자정보가 손실되기까지 얼마나 오래 작동할 수 있는지에 달려 있음. 이를 궁극적으로 컴퓨터 런타임을 제한하는 디코히어런스(dwcoherence)라고 함.

MIT와 공동연구팀은 큐비트의 성능이 곧 벽에 부딪힐 것이라는 사실을 발견했음. 연구팀은 콘크리트 벽에 있는 미량의 원소와 우주선에 의해 방출되는 낮은 수준의 무해한 배경 방사선이 디코히어런스를 유발하기에 충분하다고 보고함. 과학자들이 큐비트를 개선하는 속도를 감안할 때, 그들은 불과 몇 년 안에 이 방사선 유발 벽에 부딪힐 수 있음. 이 장벽을 극복하기 위해 과학자들은 지하에 컴퓨터를 구축하거나 방사선의 영향에 내성이 있는 큐비트를 설계하여 저준위 방사선으로부터 큐비트와 실제 양자컴퓨터를 보호하는 방법을 찾아야함.

초전도 큐비트는 초전도 재료로 만든 전기회로임. 이들은 저항없이 회로를 통해 흐르고 큐비트의 약한 중첩상태를 유지하기 위해 함께 작동하는 Cooper 쌍으로 알려진 여러 쌍의 전자로 구성됨. 회로가 가열되거나 다른 방식으로 중단되면 전자쌍이 "준입자"로 분할되어 큐비트에서 디코히어런스를 유발하여 작동을 제한할 수 있음. 한편, 변동하는 자기장 및 전기장, 열에너지, 심지어 큐비트 간의 상호간섭과 같이 큐비트를 불안정하게 만들 수 있는 많은 디코히어런스 소스가 있음. 과학자들은 매우 낮은 수준의 방사선이 큐비트에서 유사한 불안정화 효과를 가질 수 있다고 오랫동안 의심해 왔음. 그래서 연구팀은 큐비트에 대한 저수준 환경복사의 영향을 어떻게 파악할 수 있는지를 고안하였음.

본 연구 성과는 ‘Nature’ ("Impact of ionizing radiation on superconducting qubit coherence") 지에 게재됨