과학자들은 양자 컴퓨터가 음파를 기반으로 하는 방법을 보여주었습니다.

이상하고 놀라운 기술들이 양자 컴퓨팅의 표준이 되기 위해 경쟁하고 있습니다. 최신 경쟁자는 음파에 양자 정보를 인코딩하려고 합니다.

모든 양자 컴퓨터의 공통점 중 하나는 양자 상태로 인코딩된 정보를 조작한다는 것입니다. 그러나 유사점은 여기서 끝납니다. 초전도 회로부터 포획된 이온, 초냉각 원자, 광자, 심지어 실리콘 칩까지 모든 것에서 이러한 양자 상태가 유도될 수 있기 때문입니다.

이러한 접근 방식 중 일부는 다른 접근 방식보다 더 많은 투자를 유치했지만 업계가 공통 플랫폼에 정착하려면 아직 갈 길이 멀습니다. 그리고 학술 연구의 세계에서는 여전히 실험이 많습니다.

이제 시카고 대학교 팀은 광자가 광선을 구성하는 것과 거의 동일한 방식으로 음파를 구성하는 기본 양자 단위인 포논에 정보를 인코딩할 수 있는 양자 컴퓨터를 구축하기 위한 중요한 첫 단계를 밟았습니다.

"음성" 양자 컴퓨터를 만드는 방법에 대한 기본 원리는 "광자" 양자 컴퓨터에 사용되는 것과 상당히 유사합니다. 둘 다 개별 입자 또는 준입자를 생성 및 감지하고 빔 스플리터 및 위상 천이기를 사용하여 조작하는 작업이 포함됩니다. 포논은 양자 역학에 관한 한 입자처럼 작용하지만 실제로는 많은 수의 원자의 집단적 행동으로 구성되어 있기 때문에 준입자입니다.

시카고의 그룹은 인간이 들을 수 있는 것보다 약 백만 배 더 높은 주파수로 물질 표면을 따라 이동하는 표면 탄성파를 사용하여 개별 포논을 생성하고 이를 사용하여 두 개의 초전도 큐비트 간에 양자 정보를 전송할 수 있음을 이미 시연했습니다. .

그러나 사이언스(Science)의 새로운 논문에서 연구자들은 이름에서 알 수 있듯이 음파를 분할하도록 설계된 최초의 음파 빔 스플리터를 시연했습니다. 이 구성 요소는 중첩, 얽힘, 간섭과 같은 양자 현상을 활용할 수 있게 해주기 때문에 음파 양자 컴퓨터의 중요한 구성 요소입니다.

그들의 설정에는 사파이어의 평평한 조각에 제작된 두 개의 초전도 큐비트가 포함되며, 니오브산 리튬으로 만들어진 채널로 함께 결합됩니다. 각 큐비트는 조정 가능한 커플러를 통해 전기 신호를 기계 신호로 변환하는 변환기라는 장치에 연결됩니다.

이는 중앙에 16개의 평행한 금속 핑거로 구성된 빔 스플리터가 특징인 큐비트를 연결하는 채널에서 개별 포논을 생성하는 진동을 생성하는 데 사용됩니다. 전체 설정은 절대 영도 바로 위까지 냉각됩니다.

시스템의 기능을 입증하기 위해 연구원들은 먼저 큐비트 중 하나를 자극하여 단일 포논을 생성하도록 했습니다. 이것은 채널을 따라 빔 스플리터로 이동했지만 포논과 같은 양자 입자는 근본적으로 분할할 수 없기 때문에 분할하는 대신 양자 중첩으로 들어갔습니다.

이는 양자 시스템이 측정되어 가능성 중 하나로 붕괴될 때까지 동시에 여러 상태에 있을 수 있는 능력을 나타냅니다. 이 경우 포논은 원래 큐비트로 다시 반사되고 두 번째 큐비트로 전송되어 포논을 포착하고 양자 중첩을 저장할 수 있었습니다.

두 번째 실험에서 연구원들은 홍-오우-만델 효과(Hong-Ou-Mandel effect)라고 불리는 광자 양자 컴퓨터에서 논리 게이트가 생성되는 방식의 기본인 양자 현상을 재현하는 데 성공했습니다. 광학 설정에서는 두 개의 동일한 광자가 동시에 반대 방향에서 빔 스플리터로 공급됩니다. 둘 다 중첩에 들어가지만 이러한 출력은 서로 간섭하여 두 광자가 결국 검출기 중 하나로 함께 이동하게 됩니다.

연구원들은 포논을 사용하여 이 효과를 복제할 수 있으며, 결정적으로 출력이 어느 방향으로 이동하는지 제어할 수 있도록 큐비트를 사용하여 포논의 특성을 변경할 수 있음을 보여주었습니다. 이는 실용적인 양자 구축을 향한 중요한 첫 번째 단계입니다. 연구를 주도한 Andrew Cleland는 컴퓨터를 사용한다고 말했습니다.