Microsoft, 새로운 것을 공개 Majorana 1 양자 프로세서는 백만 큐비트 양자 칩으로 가는 실행 가능한 경로를 설명했습니다. 하지만 이 새로운 물질 상태가 양자 컴퓨팅의 돌파구를 진정으로 표시할까요, 아니면 그저 진화의 또 다른 단계일까요?

양자 컴퓨팅은 오랫동안 기술의 다음 전선으로 여겨져 왔으며, 가장 강력한 현대 슈퍼컴퓨터도 도달할 수 없는 문제에 대한 해결책을 약속합니다. 그러나 연구자들은 수년간 근본적인 과제, 즉 노이즈, 불안정성 및 확장성 문제에 굴복하지 않고 양자 정보의 기본 단위인 큐비트의 복잡한 물리를 처리할 수 있는 시스템을 구축하는 방법에 대해 고심해 왔습니다.

Microsoft 이제 새로운 방향을 설정했다고 주장합니다. Majorana 1 칩, 토폴로지 코어 아키텍처라고 하는 혁신입니다. 표준 반도체나 초전도 재료로 만든 기존 큐비트와 달리, Majorana 1 완전히 다른 것, 즉 위상적 도체에 의존합니다. 이러한 물질은 기존의 고체, 액체 또는 기체 상태와 다른 새로운 물질 상태, 즉 위상적 단계를 생성할 수 있습니다.

하지만 이게 왜 중요할까요? 더 중요한 것은, 양자 물리학 분야 밖의 사람이 왜 신경 써야 할까요? 양자 컴퓨팅의 잠재력은 연구실을 훨씬 넘어서, 자가치유 건축 자재 개발부터 플라스틱을 무해한 부산물로 분해하는 촉매 최적화에 이르기까지 모든 것에 영향을 미칩니다. Microsoft ~라고 믿는다 Majorana 1이런 획기적인 발견은 수십 년이 아니라 수년 안에 현실이 될 수도 있습니다.

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큐브에 대한 또 다른 관점

핵심 Microsoft'의 진전은 새로운 위상 도체 물질입니다. 인듐 비소화물(반도체)과 알루미늄(초전도체)으로 제작되었으며, 한 연구자가 설명했듯이 "문자 그대로 원자 단위로 조립된" 것입니다. 그 결과, 마요라나 페르미온이라고 알려진 이해하기 힘든 양자 입자를 유지할 수 있는 초순수 환경이 탄생했습니다.

마요라나 페르미온은 이론적으로 양자 정보를 저장하는 가장 신뢰할 수 있는 방법 중 하나입니다. 고유한 속성은 데이터를 환경 노이즈로부터 보호하여 취약한 양자 상태를 보존하는 데 도움이 됩니다. 기존 큐비트는 매우 민감하고 외부 간섭으로 인해 양자 상태가 분해되는 과정인 디코히어런스(decoherence)에 취약합니다. 흩어진 전자기 신호, 온도 변동 또는 작은 물리적 교란과 같은 사소한 교란도 오류를 일으킬 수 있습니다. 이러한 고유한 취약성은 오랫동안 안정적이고 확장 가능한 양자 컴퓨터를 구축하는 데 큰 장애물이었습니다.

Microsoft 이제는 주장한다 Majorana 1기반 토폴로지 큐비트는 하드웨어 수준의 오류 회복성을 제공하여 큐비트 설계에 안정성을 효과적으로 통합합니다. 간단히 말해서, 이는 양자 컴퓨터를 훨씬 더 실용적이고 확장하기 쉽게 만들 수 있습니다.

“우리는 한 걸음 물러나서 '양자 시대의 트랜지스터는 어떻게 생겼을까? 어떤 속성을 가져야 할까?'라고 물었습니다.”라고 기술 펠로우인 체탄 나야크가 말했습니다. Microsoft. "우리가 여기까지 온 것은 독특한 조합, 즉 특정 소재 품질과 새로운 소재 세트의 중요한 세부 사항 덕분에 가능했습니다. 이를 통해 새로운 유형의 큐비트와 궁극적으로 전체 아키텍처를 만들 수 있었습니다."

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이 획기적인 발견이 왜 그렇게 중요한가

양자 컴퓨팅은 문제 해결에 혁명을 일으킬 잠재력이 있으며, 특히 화학, 물리학, 재료 과학 분야에서 방대한 데이터 세트나 복잡한 상호작용이 관련된 분야에서 그렇습니다. 그러나 안정적으로 작동할 수 있는 수백 또는 수천 개의 큐비트를 달성하는 것은 여전히 ​​어려운 일입니다.

고유한 문제 중 하나는 큐비트가 오류가 발생하기 쉽다는 것입니다. 오류 수정이 있는 시스템을 구축하려면 일반적으로 상당한 오버헤드가 필요하며, 계산을 수행하는 몇 개의 "논리적 큐비트"만 안정화하기 위해 추가 큐비트를 사용합니다.

위상적 접근법은 각 큐비트를 본질적으로 더 안정적으로 만들어 오류 수정 오버헤드를 줄이는 것을 목표로 합니다. 이는 백만 개의 큐비트를 처리할 수 있는 기계를 구축하려는 탐구에서 상당한 도약을 나타냅니다. 이 임계값은 새로운 의약품 연구, 복잡한 공급망 최적화 또는 다리, 비행기 구성 요소의 균열 또는 심지어 전화 화면의 긁힘을 수리할 수 있는 자가 치유 소재 발견과 같은 실제 문제를 해결하는 데 전문가들이 필수적인 것으로 간주됩니다.

손바닥에 쏙 들어갈 만큼 작은 칩에 백만 큐비트를 구현한다는 것은 공상과학에서나 나올 법한 일처럼 들릴지도 모릅니다. 하지만, Microsoft 이러한 규모는 토폴로지컬 코어 아키텍처를 통해 달성 가능하다고 믿습니다.

체탄 나야크는 "양자 공간을 탐험할 때, 백만 개의 큐비트로 가는 길이 있어야 합니다. 그렇지 않으면 우리를 움직이는 진정으로 중요한 문제를 해결하는 데 필요한 규모에 도달하기 전에 벽에 부딪힐 것입니다."라고 말했습니다. "우리는 실제로 백만 개로 가는 길을 계획했습니다."

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제어 및 측정 재고

큐비트는 안정성 이상의 것이 필요합니다. 유용한 결과를 얻으려면 측정 가능해야 합니다. 기존 방식은 종종 각 큐비트를 유추적으로 미세 조정하는 데 의존하는데, 이는 큐비트 수가 증가함에 따라 관리하기 어려워지는 복잡하고 시간이 많이 걸리는 프로세스입니다.

Microsoft 나노와이어의 끝(마요라나가 있는 곳)을 양자점에 연결하는 "디지털 스위치"를 도입하여 이러한 과제를 회피합니다. 이 양자점은 "10억"과 "10억과 1"을 구별하는 것과 유사하게 존재하는 전자의 수에 따라 변하는 전하를 저장합니다. 이러한 전하 차이는 큐비트가 짝수 상태인지 홀수 상태인지를 나타내며, 이는 양자 계산의 핵심 데이터입니다.

중요한 점은 전압 펄스를 사용하여 측정을 켜거나 끌 수 있다는 것입니다. 민감한 다이얼을 조정하는 것보다 디지털 스위치를 뒤집는 것과 더 비슷합니다. 이 접근 방식은 엔지니어가 각 큐비트를 개별적으로 교정할 필요성을 없애 시스템의 복잡성을 몇 배나 줄일 수 있습니다. 또한 하드웨어 수준에서 안정적이므로 오류 수정을 위해 필요한 추가 큐비트가 줄어듭니다.

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불가능한 것을 창조하다: 새로운 물질 상태

물질의 위상적 상태(고체, 액체 또는 기체와 다른 물질의 위상)라는 개념은 추상적인 양자 역학처럼 들릴 수 있습니다. 그러나 이것이 이 접근 방식의 기초입니다. 위상적 도체를 만드는 데는 다음이 필요합니다. Microsoft 완전히 새로운 종류의 재료를 개발했습니다.

Microsoft알루미늄 나노와이어로 만든 작은 "H" 모양인 토폴로지 큐비트 아키텍처는 제어된 4개의 마요라나를 모아 단일 큐비트를 형성합니다. 이러한 개별 큐비트는 칩에 배열되어 확장을 위한 간단한 경로를 제공합니다.

"거기에 도달하기 위해 새로운 물질 상태를 보여줘야 했기 때문에 어려웠지만 그 이후로는 비교적 간단했습니다. 타일링과 같습니다. 훨씬 더 간단한 아키텍처를 갖게 되어 훨씬 더 빠른 확장 경로를 약속합니다."라고 또 다른 기술 직원인 크리스타 스워(Krista Swore)가 말했습니다. Microsoft.

이 새로운 물질 상태는 또한 마요라나 페르미온이 그토록 이해하기 어려운 이유이기도 합니다. 자연은 이를 자발적으로 만들지 않습니다. 이들의 존재를 유도하려면 절대 영도에 가까운 온도, 주의 깊게 정렬된 자기장, 초전도 알루미늄과 반도체 인듐 비소화물 사이의 완벽한 인터페이스가 필요합니다. 원자 구조가 한 번만 파괴되어도 큐비트가 실패합니다. 이는 재료 과학에서 놀라운 돌파구로, 엔지니어링 과제의 규모를 강조합니다. Microsoft 극복해야 했습니다.

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실제적인 해결책을 향한 길

양자 컴퓨팅에 대한 야심찬 연구와 마찬가지로 결과를 완전히 실현하려면 몇 년이 걸릴 것입니다. 그러나 Microsoft 위치 Majorana 1 산업을 형성하는 문제를 해결하는 Quantum의 능력을 가속화할 퍼즐의 빠진 조각으로. 고위험 고비용 기술에 대한 자금 지원을 담당하는 방위고등연구계획국(DARPA)도 동의하는 듯합니다. Microsoft 는 DARPA의 유틸리티 규모 양자 컴퓨팅을 위한 미탐사 시스템(US2QC) 프로그램의 최종 단계에 선정된 두 회사 중 하나로, 실제 상업적 가치가 있는 최초의 내결함성 양자 컴퓨터를 개발하는 것을 목표로 합니다.

그 의미는 엄청납니다. 백만 개의 큐비트로 구성된 시스템을 통해 과학자들은 이론적으로 가장 복잡한 화학적 미스터리를 풀고, 특정 물질이 부식되거나 균열되는 이유를 설명하거나, 특정 효소가 농업과 의료에서 ​​촉매 역할을 하는 방식을 명확히 할 수 있습니다.

이러한 발견은 자가 치유 인프라, 더 효과적인 약물 또는 플라스틱을 분해하고 미세 플라스틱 오염에 맞서는 보편적인 방법을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다. 인공지능의 발전과 결합하면 양자 컴퓨터는 우리의 목표를 새로운 소재에 대한 "레시피"로 바꾸어 연구 개발에서 수년간의 시행착오를 없앨 수 있습니다.

“처음부터 우리는 지적 리더십뿐만 아니라 상업적 영향을 위한 양자 컴퓨터를 만들고 싶었습니다.”라고 말했습니다. Microsoft'의 기술 펠로우인 Matthias Troyer. "우리는 새로운 큐비트가 필요하다는 걸 알았습니다. 확장이 필요하다는 걸 알았습니다."

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퀀텀의 전환점

여러 면에서 양자 컴퓨팅 분야의 전투는 반도체 혁명의 초기 시절과 유사합니다. 엔지니어들은 실용적인 트랜지스터가 세상을 바꿀 것이라는 것을 알고 있었지만, 먼저 수많은 재료 과학 및 회로 설계 과제를 해결해야 했습니다.

마찬가지로, 위상 도체는 반도체가 한때 고전적 컴퓨팅에서 수행했던 작업을 양자 컴퓨팅에서 수행할 수 있습니다. 즉, 차세대 컴퓨팅 능력에 필요한 안정적이고 확장 가능한 기반을 제공하는 것입니다.

The Majorana 1 백만 개의 큐비트를 수용하도록 설계되고 손바닥만한 크기의 칩은 양자 "백만 큐비트" 머신의 시대가 우리가 생각하는 것보다 더 가까울 수 있다는 신호를 보냅니다. 물론 실제 대규모 양자 머신은 여전히 ​​수년간의 개발이 필요합니다.

희석 냉장고, 제어 로직, 소프트웨어 스택 및 전체 계산 생태계는 완벽하게 통합되어야 합니다. 그러나 위상적 접근 방식은 "큐비트 안정성을 유지하고 이를 안정적으로 측정하는 방법"에 대한 가장 큰 과학적 장애물을 부분적으로 제거했습니다.

Nayak은 "한 가지는 새로운 물질 상태를 발견하는 것이고, 또 다른 하나는 그것을 사용하여 규모에 맞춰 양자 컴퓨팅을 재고하는 것입니다."라고 말했습니다. Microsoft 양자 기술을 실험실 설정을 넘어 실용적인 영향으로 발전시키는 두 가지를 모두 수행했습니다. 안정적인 큐비트에 대한 탐색은 마침내 양자 하드웨어가 더 신뢰할 수 있는 시대로 이어질 수 있으며, 백만 큐비트로 가는 길이 계획되고 상업적 응용 프로그램이 눈앞에 다가왔습니다.

이 기술이 약속한 대로 이루어진다면 그것은 단순히 전환점이 될 뿐만 아니라 Microsoft. 그것은 우리가 첨단 소재와 제약품부터 복잡한 환경 솔루션까지 모든 것을 개발하는 방식에 패러다임 전환을 의미할 수 있습니다. 그리고 그것이 바로 Majorana 1 정말 큰 일이에요.

참고 : 

• 대만, 중국, 미국이 기술 우위를 위해 싸우는 방법: 거대한 칩 전쟁
• 미래의 트랜지스터: 칩의 새로운 시대가 우리를 기다립니다