양자 실험, 100개 큐비트 시스템에서 혼돈을 질서로 전환

럿거스 대학교와 IBM, 협력 기관 연구진이 양자컴퓨터의 기본 단위인 큐비트를 최대 100개 사용해 의도적으로 혼돈 상태로 만든 양자 시스템을 질서 있는 상태로 유도했다. 프로세서가 계속 작동하는 동안 반복 측정과 피드백을 구현해, 더 신뢰할 수 있는 기계를 만드는 데 중요한 기능을 시험했다.

10월 9일 Nature Physics에 발표된 이 연구에는 IBM의 Quantum Heron 프로세서가 사용됐다. 연구팀은 이웃한 큐비트들 사이의 정보를 뒤섞는 연산과, 선택한 큐비트를 목표 상태로 유도하는 측정 및 후속 초기화를 번갈아 수행했다. 가장 큰 회로에서는 큐비트 쌍을 연결하는 연산 약 5,000회와 초기화 약 5,000회를 결합했다.

정보를 뒤섞는 연산이 우세할 때 시스템은 혼돈 상태를 유지했다. 제어 연산의 빈도가 충분히 높아지자 질서 있는 상태로 급격히 전환됐다. 연구진이 더 큰 시스템을 시험할수록 이 전이는 뚜렷해졌으며, 이론적 예측과도 일치했다.

중요한 구분이 있다. 이번 실험은 계산을 보호하는 오류 정정을 입증한 것은 아직 아니다. 큐비트를 특정 상태로 초기화하는 일은 간섭과 불완전한 연산에 쉽게 교란되는 유용한 양자 정보를 보존하는 일과 다르다.

실험이 보여준 것은 현재의 하드웨어가 상당한 규모의 양자 시스템 전반에서 수천 회의 연산과 측정, 초기화를 조율할 수 있다는 점이다. 이러한 피드백 기능을 계산 내내 정보를 보호하는 방법과 결합하는 일은 향후 연구 과제로 남아 있다.