양자 컴퓨터 하드웨어 _ 5가지 기술

 

양자 컴퓨터를 둘러싼 가장 큰 가장 큰 관심사 중의 하나는 과연 어떤 하드웨어 기술이 최종적인 승자가 될 것인가에 대한 것입니다. 현재는 5개의 자금이 풍부하고 잘 연구된 후보자가 각축을 벌이고 있습니다. 이들 후보자 중에는 초전도체(Superconductors), Ion-traps (이온 트랩), 포토닉스(Photonics), 양자점(Quantum Dots), 저온 원자(Cold atoms)가 있습니다. 이들 모두는 1990년대의 획기적인 물리적 실험과 실현으로 개발되었습니다. 다음은 양자 컴퓨터 하드웨어 5가지 기술에 대한 내용입니다.

1. Superconductors (초전도체)
2. Ion-traps (이온 트랩)
3. Photonics(포토닉스)
4. Quantum Dots (양자점)
5. Cold atoms (저온 원자)
6. 평가 

1. Superconductors : 초전도체 

초전도체 기술은 지난 10년간 가장 많은 관심을 받은 하드웨어 기술 중 하나입니다. IBM, Google, 그리고 최근 Amazon Web Services와 같은 기술 선진 기업들은 초전도체 시스템을 개발 중에 있습니다. 초전도체는 초전도체 주변에서 반대 방향으로 동시에 흐르는 전류의 중첩을 기반으로 한다. 이러한 시스템은 상대적으로 제조하기 쉬운 장점을 가진다. 그러나, 일관성 시간이 짧고 극도로 낮은 온도를 필요로 합니다. 

2. Ion-traps : 이온 트랩

이온 트랩 기술 역시 지난 10년간 많은 관심을 받은 기술입니다. 이 기술분야에서는 Honeywell 과 IonQ가 선두를 달리고 있습니다. 이온 트랩 기술로 불려진 이유는 이 시스템에서의 큐비트는 양자 상태가 레이저에 의해 통제되는 동안 전기장에 갇힌 이온들의 배열에 수용되기 때문에 명명되었습니다. 이온 트랩은 초전도체보다 결함이 적기 때문에 큐비트 수명과 게이트 충실도가 더 높지만 게이트 작동 시간을 단축하고 단일 트랩을 넘어 확장하는 것은 아직 극복해야 할 중요 과제들입니다. 

3. Photonics : 포토닉스

포토닉스는 부분적으로 실리콘 칩 제조 능력 ( 반도체 산업이 지난 50년동안 R&D에 1조 달러를 투자한)과 널리 사용되는 통신 광섬유와의 호환성 때문에 최근에 두각을 나타내고 있습니다. Xanadu와 PsiQuantum (현재 2억 7500만 달러의 자금을 가장 많이 지원받는 개인 양자 컴퓨팅 회사)과 같은 포토닉스 회사는 큐비트를 개발 중에 있습니다. 이 큐비트는 실리콘 칩의 회로를 따라 이동하는 광자의 양자 상태로 인코딩 되며 또한 광섬유에 의해 네트워크로 연결됩니다. 광자 큐비트는 간섭에 강하기 때문에 오류 수정이 훨씬 쉽습니다. 분산으로 인한 광자 손실을 극복하는 것이 중요 과제라 할 수 있습니다. 

4. Quantum Dots : 양자점

Intel이나 SQC 등의 기업은 양자점 관련 연구에 선두적 기업들입니다. 이들 기업은 큐비트가 고체 기판에 고정된 전자나 핵의 스핀으로 만드는 시스템을 개발 중에 있습니다. 이러한 기술의 장점은 긴 큐비트 수명과 노후화된 칩 제조를 포함합니다. 그러나, 가장 큰 단점은 낮은 게이트 충실도를 초래하는 간섭 경향 (proneness to interference)이 있습니다. 

5. Cold atoms : 저온 원자

저온 원자는 이온 트랩과 유사한 기술을 활용합니다. 그러나, 큐비트는 이온이 아닌 중성 원자 배열로 만들어지며 빛에 의해 포착되고 레이저에 의해 제어됩니다. 게이트 충실도와 작동 시간의 단점에도 불구하고, ColdQuantan와 Pasqal과 같은 기업들은 저온 원자 기술이 광섬유(적외선)를 사용한 수평 확장에 유리할 수 있고 장기적으로는 QRAM으로 알려진 양자 컴퓨터를 위한 기억 체계를 제공할 수 있다고 믿습니다.  

6. 평가 

각각의 주요 기술과 이를 추구하는 기업들은 막대한 자금 조달 능력와 파트너, 공급업체, 및 고객들의 확장된 생태계를 포함한 많은 장점을 가지고 있습니다. 그러나 큐비트의 품질, 연결성 및 규모와 관련된 명확한 도전 과제들을 지속적으로 경험하고 있는 상태에서 어떤 기술이 최후의 승자가 될지는 아무도 알 수가 없습니다(아래 표 참조). 일부 파트너와 고객은 동시에 둘 이상의 기술 생태계에 투자하면서 양자기술에 대비하고 있습니다. 

[선두 양자 하드웨어 기술의 현재 상태]

참고 : BCG, What Happens When 'If' Turns to 'When' in Quantum Computing