SQMS 연구, 큐비트 성능과 소재 및 제작 특성 간의 상관관계 규명

인사이더 브리프(Insider Brief)

• 페르미연구소(Fermilab)가 주도하는 SQMS 센터의 연구원들은 초전도 큐비트 성능의 변동과 관련된 재료 및 제조 특징을 확인했습니다.
• 이 연구는 7가지 재료 특성 분석 기술과 양자 결맞음 측정을 병행하여 22개의 초전도 트랜스몬 큐비트를 조사했습니다.
• 연구원들은 산화물 두께, 식각된 측벽 각도, 트렌치 깊이를 성능 차이와 관련된 핵심 특징으로 확인했으며, 이 세 가지 요인이 조사된 큐비트들 사이에서 최대 2배의 성능 차이를 유발하는 것으로 나타났습니다.
• 이 기사는 SQMS 연구에 대해 Fermilab에서 발표한 보고서를 직접적인 바탕으로 작성되었습니다.

보도 자료 — 왜 일부 초전도 큐비트가 다른 것보다 더 우수한 성능을 보이는지 이해하는 것은 양자 컴퓨팅에서 가장 중요한 과제 중 하나로 남아 있습니다. 큐비트의 양자 상태가 결맞음을 유지하고 붕괴하지 않는 한, 정보는 유지될 수 있으며 현재 컴퓨터의 성능을 훨씬 뛰어넘는 고급 계산에서 잠재적으로 처리될 수 있습니다.

“양자 정보 과학의 발전은 근본적으로 원자 수준에서 물질을 제어하는 능력과 직결되어 있습니다.”

Bindu Nair, 미국 에너지부(U.S. Department of Energy)

지난 10년 동안 연구원들은 큐비트를 만드는 데 사용되는 재료에서 결맞음을 제한하는 많은 결함을 발견해 왔지만, 동일하게 설계된 큐비트가 왜 서로 다르게 작동하는지 설명하는 미세한 특징을 규명하는 것은 여전히 과제로 남아 있었습니다. 이제 페르미 국립 가속기 연구소(Fermi National Accelerator Laboratory)가 주도하는 초전도 양자 재료 및 시스템 센터(SQMS)의 연구원들은 표면, 인터페이스, 기하학적 구조를 포함한 재료와 그 구조를 양자 장치 성능의 변동과 연결하는, 역대 가장 포괄적인 연구 중 하나를 완료했습니다. 이 연구는 장치 제조와 직접적으로 연결되는 새로운 통찰력을 제공하며, 이는 실용적이고 신뢰할 수 있는 양자 컴퓨터를 구축하기 위한 경로의 중요한 단계입니다.

Fermilab, 노스웨스턴 대학교(Northwestern University), Rigetti Computing, 에임스 국립 연구소(Ames National Laboratory), 국립표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology), 국립물리학연구소(National Physical Laboratory)가 참여한 대규모 연구에서, SQMS 연구원들은 Fermilab, Rigetti 및 NIST에서 제작한 22개의 초전도 트랜스몬 큐비트를 조사했습니다. 트랜스몬은 초전도 큐비트의 특정 유형으로, 큐비트의 상태를 뒤집을 수 있는 전하의 미세한 변동에 훨씬 덜 민감하도록 설계되어 오늘날 초전도 양자 컴퓨팅에서 가장 널리 사용되는 큐비트 설계 중 하나가 되었습니다. 연구팀은 7가지 다른 재료 특성 분석 기술을 사용하여 다양한 수준의 양자 상태 결맞음을 보이는 양자 장치의 재료 특성을 기록하고 장치 성능 데이터와의 상관관계를 조사했습니다. 연구 결과는 Applied Physics Reviews에 게재되었습니다.