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Nikkei X-TECH_2022.9.16

도시바, 초전도 양자컴퓨터를 위한 신기술 개발
계산 속도·정확도 향상 방법 고안

도시바는 9월 16일, 초전도 양자컴퓨터의 고속화와 정밀도 향상을 실현하는 새로운 가변 결합기를 세계 최초로 고안했다고 발표했다. 양자컴퓨터 계산에 사용되는 ‘큐비트’ 간을 결합시키는 결합기 구조를 연구해 결합의 완전한 ‘오프’와 고속의 2큐비트 게이트 조작을 양립했다. 

이번 기술을 응용하면 단시간에 높은 정밀도의 게이트 조작이 가능해져 계산 속도와 정확도가 세계 최고 수준의 양자컴퓨터를 구현할 수 있을 것이라고 한다.

도시바가 고안한 것은 ‘더블 트랜스몬 커플러(Double Transmon Coupler)’라고 불리는 가변 결합기로, 큐비트 간에 배치해 결합의 '온', '오프'를 전환함으로써 연산의 실행과 정지를 스위칭하는 것이다. 

주파수가 크게 다른 두 개의 큐비트 간에도 필요에 따라 결합을 완전히 '오프'로 할 수 있어 오류를 줄일 수 있다는 것이 특징이다. 이로 인해 초전도 방식의 게이트형 양자컴퓨터에 있어 양자계산의 계산 속도와 정확도를 높일 수 있다.

도시바가 이 구조를 시뮬레이션한 결과, 양자 계산의 기본 조작인 2큐비트 게이트 조작을 24나노초(ns)라고 하는 짧은 처리 시간에 99.99%의 고정밀도로 실현할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 도시바는 올해 안에 더블 트랜스몬 커플러의 시작(試作)과 실증을 시작해 향후 세계 최고 레벨의 양자 컴퓨터 개발을 목표로 하고 있다.

도시바연구개발센터 나노재료·프론티어연구소의 고토(後藤) 씨는 "지금은 시뮬레이션 단계이지만, 실제 디바이스로서 실현될 수 있는지를 확인해 전세계에 사업을 전개해나가겠다"라고 말한다. 이번 연구에서는 도시바가 독자적으로 더블 트랜스몬 커플러를 고안했지만, 필요하면 외부 연구기관이나 투자자와의 협력도 검토할 것이라고 한다.

기존의 초전도 양자컴퓨터는 대부분 구조가 단순하고 결합 강도를 조절할 수 있는 싱글 트랜스몬 커플러를 가변 결합기로 채택하고 있다. 그러나 2큐비트 간에 주파수가 크게 다르면 결합을 완전히 '오프'로 할 수 없어 잔류 결합에 의해 오류가 발생하게 된다는 문제점이 있었다.

‘결합의 완전한 오프’와 ‘고속의 2큐비트 게이트 조작’, ‘주파수가 크게 다른 큐비트로의 적용’이라는 조건을 동시에 만족시킬 수 있는 가변 결합기의 개발은 어렵다. “이 3가지 조건을 만족시키는 가변 결합기(더블 트랜스몬 커플러)를 고안한 것은 도시바가 처음이다”(도시바)라고 한다. 계산 오류도 줄일 수 있어 도시바는 향후 보다 실용적인 대규모 양자컴퓨터 개발에도 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

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