[논문] 연구원들은 더 나은 양자 비트를 위해 다이아몬드를 늘리는 새로운 방법을 발명했습니다.

시카고 대학교, 아르곤 국립 연구소 및 케임브리지 대학교의 연구원들 덕분에 미래의 양자 네트워크가 덜 확장될 수 있습니다.

한 연구팀이 양자 네트워크 엔지니어링의 획기적인 발전을 발표했습니다. 그들은 다이아몬드의 얇은 필름을 “늘려서” 만들어냈습니다. 양자 비트 장비와 비용을 대폭 절감하여 운영할 수 있습니다. 또한 이러한 변경으로 인해 비트를 더 쉽게 제어할 수 있게 되었습니다.

연구자들은 11월 29일에 발표된 연구 결과가 물리적 검토 X미래의 양자 네트워크를 더욱 실현 가능하게 만들 수 있습니다.

이번 연구를 주도한 프리츠커 분자공학과(Pritzker School of Molecular Engineering) 조교수 Alex High는 “이 기술을 사용하면 시스템을 작동하는 데 훨씬 덜 자원 집약적인 지점까지 시스템의 작동 온도를 극적으로 높일 수 있습니다.”라고 말했습니다.

다이아몬드 확장

양자 비트, 즉 큐비트는 독특한 속성 이는 컴퓨팅 네트워크의 미래를 모색하는 과학자들의 관심을 끌 수 있습니다. 예를 들어 해킹 시도에 사실상 영향을 받지 않게 만들 수 있습니다. 그러나 이것이 널리 보급되고 일상적인 기술이 되기 전에 해결해야 할 중요한 과제가 있습니다.

주요 문제 중 하나는 양자 네트워크를 따라 정보를 전달하는 “노드” 내에 있습니다. 이러한 노드를 구성하는 큐비트는 열과 진동에 매우 민감하므로 과학자들은 작동하려면 큐비트를 극도로 낮은 온도로 냉각해야 합니다.

“오늘날 대부분의 큐비트에는 방 크기의 특수 냉장고와 이를 실행하기 위한 고도로 훈련된 팀이 필요합니다. 따라서 5~10km마다 하나를 구축해야 하는 산업용 양자 네트워크를 구상하고 있다면 이제 꽤 많은 인프라와 노동력이 필요하다고 High는 설명했습니다.

High의 연구실은 UChicago 산하 미국 에너지부 국립 연구소인 Argonne National Laboratory의 연구원들과 협력하여 이러한 큐비트를 만드는 재료를 실험하여 기술을 향상시킬 수 있는지 확인했습니다.

가장 유망한 유형의 큐비트 중 하나는 다이아몬드로 만들어집니다. 그룹 IV 컬러 센터로 알려진 이 큐비트는 색상을 유지하는 능력으로 알려져 있습니다. 양자 얽힘 하지만 그렇게 하려면 절대 영도보다 약간만 냉각해야 합니다.

팀은 재료의 구조를 수정하여 어떤 개선이 가능한지 알아보고 싶었습니다. 다이아몬드의 경도를 고려하면 어려운 작업이었습니다. 그러나 과학자들은 다이아몬드를 한 순간에 “늘어낼” 수 있다는 것을 발견했습니다. 분자 수준 뜨거운 유리 위에 얇은 다이아몬드 필름을 얹은 경우. 유리가 냉각됨에 따라 다이아몬드보다 느린 속도로 수축하여 다이아몬드의 원자 구조가 약간 늘어납니다. 마치 포장 도로가 그 아래의 지구가 냉각되거나 따뜻해지면 팽창하거나 수축한다고 High는 설명했습니다.

큰 영향

이러한 스트레칭은 원자를 극소량만 떨어뜨릴 뿐이지만 재료의 거동에 극적인 영향을 미칩니다.

첫째, 큐비트는 이제 최대 4켈빈(또는 -452°F)의 온도에서도 일관성을 유지할 수 있습니다. 여전히 매우 춥지만 덜 전문적인 장비를 사용하면 달성할 수 있습니다. High는 “인프라와 운영 비용 면에서 엄청난 차이가 있습니다.”라고 말했습니다.

둘째, 변경으로 인해 제어가 가능해졌습니다. 큐비트 전자레인지로. 이전 버전에서는 정보를 입력하고 시스템을 조작하기 위해 광학 파장의 빛을 사용해야 했으며, 이로 인해 소음이 발생하고 신뢰성이 완벽하지 않았습니다. 그러나 새로운 시스템과 전자레인지를 사용하면 정확도가 99%까지 올라갔습니다.

이 두 영역이 동시에 개선되는 것은 드문 일이라고 Xinghan Guo 박사는 설명했습니다. High 연구실의 물리학 학생이자 논문의 첫 번째 저자입니다.

“보통 시스템의 일관성 수명이 길면 외부 간섭을 '무시'하는 데 능숙하기 때문입니다. 즉, 간섭에 저항하기 때문에 제어하기가 더 어렵습니다.”라고 그는 말했습니다. “재료 과학으로 매우 근본적인 혁신을 이루어 이러한 딜레마를 해소할 수 있다는 것은 매우 흥미로운 일입니다.”

“그룹 IV의 물리학을 이해함으로써 컬러 센터 다이아몬드의 경우, 우리는 양자 응용 분야의 요구에 맞춰 다이아몬드의 특성을 성공적으로 조정했습니다.”라고 이번 연구의 공동 저자이자 아르곤 국립 연구소의 과학자인 벤저민 핑골(Benjamin Pingault)이 말했습니다.

공동 저자이자 케임브리지 대학 물리학과 교수인 Mete Atature는 “장기화된 일관성 시간과 마이크로파를 통한 실행 가능한 양자 제어의 결합으로 주석 공석 센터에서 양자 네트워크를 위한 다이아몬드 기반 장치를 개발하는 경로가 분명해졌습니다.”라고 덧붙였습니다. 연구에.