새로운 양자 컴퓨팅 패러다임: 게임

로스 알라모스 국립 연구소(Los Alamos National Laboratory) 작성2023년 8월 26일

양자 컴퓨팅 전략은 간단한 자기장을 사용하여 자연 양자 시스템에서 전자 스핀과 같은 큐비트를 회전시킵니다.

자연적인 양자 상호 작용을 사용하면 Grover의 알고리즘 및 기타 여러 알고리즘에 대한 더 빠르고 강력한 계산이 가능합니다.

Los Alamos National Laboratory scientists have developed a groundbreaking quantum computingPerforming computation using quantum-mechanical phenomena such as superposition and entanglement." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 자연적인 양자 상호 작용을 이용한 양자 컴퓨팅 접근 방식. 이 방법은 수명이 긴 큐비트, Grover 알고리즘을 사용한 효율적인 문제 해결 및 상당한 오류 복원력을 약속합니다.

양자 컴퓨팅 하드웨어에 대한 잠재적으로 판도를 바꾸는 이론적 접근 방식은 현재 양자 컴퓨터에서 발견되는 문제의 복잡성을 상당 부분 우회합니다. 이 전략은 자연적인 양자 상호 작용에서 알고리즘을 구현하여 기존 컴퓨터나 기존 게이트 기반 양자 컴퓨터보다 더 빠르게 다양한 실제 문제를 처리합니다.

Los Alamos National Laboratory의 이론 물리학자인 Nikolai Sinitsyn은 "우리의 발견은 양자 하드웨어에 대한 많은 까다로운 요구 사항을 제거합니다."라고 말했습니다. 그는 Physical Review A 저널에 8월 14일에 게재된 접근 방식에 대한 논문의 공동 저자입니다. "다이아몬드 결함의 전자 스핀과 같은 자연 시스템은 계산 과정에 필요한 상호 작용 유형을 정확하게 가지고 있습니다."

Sinitsyn은 팀이 초저온 원자를 사용하는 접근 방식을 입증하기 위해 Los Alamos의 실험 물리학자와 협력하기를 희망한다고 말했습니다. 초저온 원자에 대한 현대 기술은 약 40~60큐비트로 그러한 계산을 시연할 수 있을 만큼 충분히 발전했으며 이는 현재 고전적 또는 이진 계산으로 접근할 수 없는 많은 문제를 해결하기에 충분하다고 그는 말했습니다. 큐비트는 양자 정보의 기본 단위로, 익숙한 고전 컴퓨팅의 비트와 유사합니다.

양자 얽힘을 모두 공유해야 하는 여러 큐비트 사이에 복잡한 논리 게이트 시스템을 설정하는 대신, 새로운 전략은 간단한 자기장을 사용하여 자연 시스템에서 전자 스핀과 같은 큐비트를 회전시킵니다. 스핀 상태의 정확한 진화는 알고리즘을 구현하는 데 필요한 전부입니다. Sinitsyn은 이 접근 방식이 양자 컴퓨터에 대해 제안된 많은 실제 문제를 해결하는 데 사용될 수 있다고 말했습니다.

양자 컴퓨팅은 긴 문자열의 논리 게이트에서 큐비트를 연결하고 계산에 필요한 양자 얽힘을 유지하는 데 어려움을 겪는 초기 분야로 남아 있습니다. 얽힌 큐비트가 컴퓨터의 양자 시스템 외부 세계와 상호 작용하기 시작하여 오류가 발생함에 따라 얽힘은 결맞음이라고 알려진 프로세스에서 분해됩니다. 이는 빠르게 발생하므로 계산 시간이 제한됩니다. 실제 오류 수정은 아직 양자 하드웨어에서 구현되지 않았습니다.

새로운 접근 방식은 유도된 얽힘이 아닌 자연적인 얽힘에 의존하므로 큐비트 간의 연결이 더 적게 필요합니다. 그러면 결맞음의 영향이 줄어듭니다. 따라서 큐비트는 상대적으로 오랜 시간 동안 살아간다고 Sinitsyn은 말했습니다.

Los Alamos 팀의 이론 논문은 이 접근 방식이 Grover의 알고리즘을 사용하여 기존 양자 컴퓨터보다 더 빠르게 숫자 분할 문제를 해결할 수 있는 방법을 보여주었습니다. 가장 잘 알려진 양자 알고리즘 중 하나인 이 알고리즘은 기존 컴퓨팅 리소스를 잡아먹는 대규모 데이터 세트에 대한 구조화되지 않은 검색을 허용합니다. 예를 들어, Grover의 알고리즘을 사용하면 작업 런타임을 두 컴퓨터 간에 동일하게 분배하여 다른 실제 작업과 함께 동시에 완료할 수 있다고 Sinitsyn은 말했습니다. 이 알고리즘은 오늘날 오류가 발생하기 쉬운 컴퓨터에서는 구현하기 어렵지만 이상화되고 오류가 수정된 양자 컴퓨터에 매우 적합합니다.

양자 컴퓨터는 기존 장치보다 훨씬 빠르게 계산을 수행하도록 제작되었지만 지금까지는 구현하기가 극도로 어려웠다고 Sinitsyn은 말했습니다. 기존 양자 컴퓨터는 서로 다른 큐비트 쌍을 사용하는 일련의 기본 작업인 양자 회로를 구현합니다.