인텔이 큐텍(QuTech)과 협력해 양자 컴퓨팅의 기본 단위인 ‘핫’ 큐비트를 1 켈빈 이상의 온도에서 성공적으로 제어했다는 연구 논문을 네이처지에 발표했다고 밝혔다.

또한 이 연구는 각각의 일관성 있는 제어를 통해 두 개의 큐비트가 단일 큐비트 당 최대 99.3%의 정확도를 달성했다고 설명했다. 이러한 연구결과는 미래 양자 시스템의 극저온 제어와 단일 전자 트랜지스터와 유사한 실리콘 스핀 큐비트의 잠재력을 증명했으며, 이들은 하나의 패키지로 제공된다.

짐 클라크(Jim Clarke) 인텔 랩 양자 하드웨어 디렉터는 “이번 발표는 실리콘 스핀 큐비트 연구에 있어서 의미 있는 도약이다. 실리콘 스핀 큐비트는 인텔이 지난 50년 간 제조해 온 트랜지스터와 유사하기에 이를 기반으로 상업 수준의 양자 시스템을 개발하는 데 도움이 될 것이라고 생각한다”며 “높은 정확도를 유지하면서, 높은 온도에서 작동할 수 있는 핫 큐비트의 발견으로 큐비트 성능에 영향을 주지 않는 선에서 로컬 큐비트 컨트롤의 선택폭을 확대할 수 있을 것이다”라고 말했다.

양자 컴퓨팅을 실용적으로 사용하기 위해서는 높은 수준의 정확도를 가진 수천 개의 큐비트를 동시에 확장하고 제어할 수 있어야 한다. 그러나 현재 양자 시스템 설계는 전체적인 시스템 크기, 큐비트의 정확도, 특히 대규모로 양자를 관리하는데 필요한 전자 제어장치의 복잡성 때문에 제한된다. 전자 제어 장치와 스핀 큐비트를 동일한 칩에 통합하면 둘 사이의 상호 연결이 크게 간소화된다. 그러나 큐비트가 작동할 수 있는 온도를 높이는 것은 이것을 달성하는데 결정적이다. 이전에는 양자 컴퓨터는 밀리켈빈(millikelvin) 범위에서만 작동할 수 있다고 증명되었으며, 이는 절대 영도보다 아주 조금 높다. 이제 핫 큐비트에 대한 연구로 인텔과 큐텍은 실리콘 큐비트가 현재 양자 시스템보다 약간 높은 온도에서 작동할 수 있다는 가설을 입증해 확장성을 높이는 데 한 걸음 더 나아갔다.

이러한 접근으로 인텔은 양자 실용성을 향한 확장 가능한 경로를 확보하는데 있어 최신 패키징 및 상호 연결 기술에 대한 전문성을 활용할 수 있게 됐다. 이번 연구는 지난해 말 극저온 양자 제어 칩인 호스 리지(Horse Ridge)를 발표하는 등 풀 스택 양자 시스템 개발을 진전시키기 위한 인텔의 지속적인 노력에 기반한다.

큐비트에 저장된 양자 정보는 큐비트가 절대 영점(-273℃ 또는 0 켈빈)으로 냉각되지 않는 한 일반적으로 빠르게 손실된다. 네이처지에 발표한 연구에서, 인텔과 큐텍은 온도가 높고 밀도가 높으며 일관성이 있는 큐비트의 작동을 처음으로 입증했다. 이 소형 큐비트들은 높은 수준과 비교적 고온에서 작동한다.

실리콘 양자점을 가진 1켈빈 이상 온도에서의 단일 큐비트 제어 또한 이번 연구에서 입증된 반면, 두 큐비트의 제어는 지금까지 40 밀리켈빈의 온도에서만 달성할 수 있었다. 큐텍과 협력한 인텔의 연구에서는 1.1켈빈에서 작동하는 양자 회로에서의 완전한 두 개의 큐비트 로직을 보여준다.

이번 연구를 통해 인텔과 큐텍은 최대 99.3%의 단일 큐비트 정확도를 달성한 두 개의 큐비트 시스템의 전자 스핀 제어 능력과 시스템의 정확한 튜닝성을 입증했다. 추가로 연구팀은 스핀 큐비트의 성능이 45 밀리켈빈에서 1.25 켈빈까지의 온도범위에서 영향을 가장 적게 받는다는 것을 증명했다.

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