연구자들은 새로운 이중 트랜스몬 커플러(double-transmon coupler, DTC)를 사용하여 최대 99.98%의 높은 게이트 충실도를 달성했다. 이 개발은 양자 컴퓨팅 성능을 향상시키고 내결함성 시스템으로의 발전을 지원한다.
일본 RIKEN 양자 컴퓨팅 센터와 도시바(Toshiba) 연구자들은 이중 트랜스몬 커플러(DTC)를 사용하여 양자 컴퓨터 게이트를 개발했다. 이는 이전에 양자 게이트의 충실도를 크게 향상시키기 위해 이론적으로 제안된 장치다. 이 혁신을 통해 팀은 CZ 게이트라고 알려진 2큐비트 장치의 경우 99.92%의 충실도와 단일 큐비트 게이트의 경우 99.98%의 충실도를 달성했다.
Q-LEAP 프로젝트의 일부인 이 이정표는 노이즈가 많은 중간 규모 양자(NISQ) 장치의 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 보다 효과적인 오류 수정을 통해 내결함성 양자 계산의 토대를 마련한다.
DTC를 통한 향상된 게이트 충실도
DTC는 두 개의 고정 주파수 트랜스몬(전하로 인한 노이즈에 덜 민감하도록 설계된 큐비트 유형)으로 구성된 새로운 튜닝 가능 커플러로, 추가 조셉슨 접합을 포함하는 루프를 통해 연결된다. 이 아키텍처는 양자 컴퓨팅의 중요한 과제인 큐비트 간 고충실도 연결을 달성하는 문제를 해결한다. 고충실도는 오류를 줄이고 양자 계산의 안정성을 높이는 데 필수적이다.
DTC는 상당한 주파수 차이가 있는 큐비트(디튜닝)에서도 잔여 상호 작용을 최소화하는 동시에 빠르고 고충실도의 2큐비트 게이트 작동을 가능하게 함으로써 두드러진다. 단일 큐비트 게이트는 99.9%의 충실도 수준에 도달했지만, 2큐비트 게이트는 일반적으로 1% 이상의 오류율을 보였다. 이는 주로 ZZ 상호 작용과 같은 원치 않는 큐비트 상호 작용 때문이다. DTC 방식은 이러한 문제를 직접 해결하여 양자 게이트 기술의 주요 발전을 나타낸다.
양자 오류 수정 최적화
Physical Review X에 게재된 현재 연구의 핵심은 강화 학습이라고 알려진 기계 학습 유형을 사용하는 최첨단 제조 기술을 사용하여 게이트를 구성하는 것이다. 이 접근 방식을 통해 연구자들은 DTC의 이론적 잠재력을 실제 응용 프로그램으로 변환할 수 있었다. 그들은 이 접근 방식을 사용하여 시스템 내에 남아 있는 두 가지 유형의 오류(누출 오류와 디코히어런스 오류) 간의 균형을 이루고 두 오류 소스 간의 최적의 절충안으로 48나노초 길이를 선택했다. 이를 통해 그들은 이 분야에서 보고된 것 중 가장 높은 충실도 수준을 달성할 수 있었다.
양자 기술의 미래 전망
RIKEN 양자 컴퓨팅 센터 이사 야스노부 나카무라는 “양자 게이트의 오류율을 줄임으로써 보다 안정적이고 정확한 양자 계산이 가능해졌다. 이는 양자 컴퓨팅의 미래인 내결함성 양자 컴퓨터의 개발에 특히 중요하다.”고 말했다.
그는 “이 장치는 고도로 디튠된 큐비트로 효과적으로 작동할 수 있는 능력으로 인해 다양한 양자 컴퓨팅 아키텍처를 위한 다재다능하고 경쟁력 있는 빌딩 블록이 된다. 이러한 적응성 덕분에 기존 및 미래의 초전도 양자 프로세서에 통합하여 전반적인 성능과 확장성을 향상시킬 수 있다. 앞으로는 비일관적인 오류를 최소화하는 데 도움이 될 수 있으므로 더 짧은 게이트 길이를 달성하려고 할 계획”이라고 덧붙였다.
