Imec은 양자 컴퓨팅 진행 상황을 보고합니다.

Imec은 양자 컴퓨팅을 향한 진전을 보고했습니다. Imec은 양자 컴퓨팅의 장기 비전은 수백만 개의 잡음 없는 큐비트를 활용하여 기존 컴퓨터로는 해결하기 어려운 선택된 문제를 해결할 수 있는 능력이라고 말합니다.

수백 큐비트에서 수백만 큐비트로 확장하려는 전 세계적인 노력이 진행되고 있습니다. 일반적인 과제에는 대규모 웨이퍼 시설에서 잘 제어되는 큐비트 통합과 점점 늘어나는 큐비트 수와 인터페이스할 전자 장치의 필요성이 포함됩니다.

초전도 양자 회로는 틀림없이 가장 발전된 플랫폼으로 부상했습니다. 초전도 큐비트의 에너지 상태는 비교적 쉽게 제어할 수 있으며, 연구자들은 100개가 넘는 큐비트를 함께 결합할 수 있었습니다.

이를 통해 양자 컴퓨팅의 핵심 중 하나인 더 높은 수준의 얽힘이 가능해집니다. 또한 양자 계산의 두 가지 중요한 벤치마크인 긴 일관성 시간(최대 수 100μs)과 충분히 높은 게이트 충실도를 갖춘 초전도 큐비트가 전 세계 실험실 환경에서 입증되었습니다.

2022년에 imec 연구원들은 고품질 초전도 큐비트를 제조하기 위한 300mm CMOS 프로세스를 실현하는 데 중요한 이정표를 달성했습니다. 고성능 큐비트 제조가 산업 공정과 호환된다는 것을 보여주는 것은 확장에 대한 첫 번째 근본적인 장벽, 즉 향상된 가변성과 수율을 해결합니다. 남은 과제 중에는 점점 늘어나는 잡음에 민감한 초전도 큐비트와 인터페이스할 수 있는 확장 가능한 기기를 개발해야 한다는 것입니다.

장기적으로 Si 스핀 기반 큐비트에서 많은 것이 기대됩니다. Si 스핀 큐비트는 초전도 큐비트보다 제어하기가 더 어렵지만 훨씬 작기 때문에(nm 크기 대 mm 크기) 확장에 이점이 있습니다.

또한 이 기술은 CMOS 제조 기술과의 호환성이 뛰어나 Si 양자점 구조의 고급 백엔드 라인 상호 연결을 통해 웨이퍼 규모의 균일성을 제공합니다.

그러나 산업 제조 기술로 제작된 Si 기반 양자점 구조는 일반적으로 더 높은 전하 잡음을 나타냅니다. 또한 작은 물리적 크기로 인해 큐비트 간 및 큐비트에서 클래식 제어 상호 연결이 더욱 어려워집니다.

큐비트가 절실히 증가하려면 큐비트를 제어하고 의미 있는 결과를 판독할 수 있는 다용도의 확장 가능한 솔루션이 필요합니다. 오늘날 초기 양자 프로세서에서는 큐비트를 보유하는 희석 냉장고의 실온 단계부터 최저 온도 단계까지 실행되는 큐비트당 하나 이상의 제어 라인과 함께 외부 전자 회로가 사용됩니다.

초전도 양자 컴퓨팅 시스템의 경우 이 기본 온도는 10밀리켈빈(mK)만큼 낮습니다. 이러한 접근 방식은 최대 수천 큐비트까지 사용할 수 있지만 양자 오류 수정과 같은 동적 회로 작업이 필요한 대규모 양자 컴퓨터에서는 유지될 수 없습니다.

제어 및 판독 라인은 희석 냉장고 수준에서 대규모 I/O 병목 현상의 원인이 될 뿐만 아니라 각 와이어는 냉각을 위한 예산이 남지 않은 극저온 시스템에 열을 가져옵니다.

매력적인 솔루션은 희석 냉장고의 기본 온도에서 작동하는 RF(역) 다중화 요소를 보유하는 CMOS 기반 극저온 전자 장치를 사용하는 것입니다. 이러한 솔루션은 실온에서 mK 온도까지 이동하는 와이어 수를 크게 줄일 수 있으므로 I/O 병목 현상을 완화합니다.

예를 들어 판독의 경우 멀티플렉서는 양자 장치 그룹의 여러 신호가 냉장고를 떠나기 전에 희석 냉장고 기본 온도에서 공통 출력 라인으로 전환되도록 허용합니다.

이 접근법은 Si 스핀 큐비트 양자 시스템에 대해 이미 입증되었습니다. 그러나 지금까지 극저온 전자 장치는 고주파 전자기 잡음에 대한 내성이 현저히 낮기 때문에 초전도 큐비트와 인터페이스되지 않았습니다. 열 방출이나 전자기 복사의 형태로 발생하는 소음은 깨지기 쉬운 양자 중첩을 쉽게 방해하고 오류를 유발할 수 있습니다.