SQMS 센터, 획기적 연구 통해 큐비트 성능 변동의 재료적 원인 규명

일부 초전도 qubits가 다른 큐비트보다 성능이 우수한 이유를 이해하는 것은 양자 컴퓨팅에서 여전히 가장 중요한 과제 중 하나로 남아 있습니다. 큐비트의 양자 상태가 결맞음(coherence)을 유지하고 붕괴되지 않는 한, 정보는 현재 컴퓨터의 능력을 훨씬 뛰어넘는 고급 계산에서 유지되고 잠재적으로 처리될 수 있습니다.

지난 10년 동안 연구원들은 큐비트를 만드는 데 사용되는 재료에서 결맞음을 제한하는 많은 잠재적 결함을 확인했지만, 동일하게 설계된 큐비트가 왜 다르게 작동하는지 설명하는 미세한 특징을 규명하는 것은 여전히 과제로 남아 있었습니다. 이제 Fermi National Accelerator Laboratory가 이끄는 Superconducting Quantum Materials and Systems Center(SQMS)의 연구원들은 표면, 인터페이스 및 기하학적 구조를 포함한 재료와 그 구조를 양자 장치 성능의 변화와 연결하는 가장 포괄적인 연구 중 하나를 완료했습니다. 이 연구는 장치 제작과 직접적으로 연결되는 새로운 통찰력을 제공하며, 이는 실용적이고 신뢰할 수 있는 양자 컴퓨터를 구축하기 위한 경로에서 중요한 단계입니다.

Fermilab, Northwestern University, Rigetti Computing, Ames National Laboratory, National Institute of Standards and Technology(NIST) 및 National Physical Laboratory가 참여한 대규모 연구에서 SQMS 연구원들은 Fermilab, Rigetti 및 NIST에서 제작한 22개의 초전도 transmon 큐비트를 조사했습니다. transmon은 큐비트의 상태를 뒤집을 수 있는 전하의 미세한 변동에 훨씬 덜 민감하도록 설계된 특정 유형의 초전도 큐비트로, 오늘날 초전도 양자 컴퓨팅에서 가장 널리 사용되는 큐비트 디자인 중 하나입니다. 팀은 7가지 다른 재료 특성 분석 기술을 사용하여 다양한 수준의 양자 상태 결맞음을 보이는 양자 장치의 재료 특성을 기록하고 장치 성능 데이터와의 상관관계를 조사했습니다. 이 연구 결과는 Applied Physics Reviews에 게재되었습니다.

U.S. Department of Energy의 Basic Energy Science 부국장인 Bindu Nair는 “양자 정보 과학의 발전은 근본적으로 원자 수준에서 물질을 제어하는 능력과 연결되어 있습니다”라고 말했습니다. “SQMS가 주도한 이 공동 노력은 초전도 장치 성능 가변성의 배후에 있는 재료 결함에 대한 과학적 근거를 바탕으로 한 가이드를 제공하며, 우리를 관찰에서 상관관계로 옮겨놓았습니다. 이 기초 지식은 국가를 위한 차세대 신뢰성 있고 재현 가능하며 강력한 양자 기술을 구축하는 데 필수적입니다.”