수명이 긴 논리적 큐비트를 마스터하기 위한 도구: 새로운 ZQCS 양자 제어 시스템

오늘, Zurich Instruments는 대규모 양자 컴퓨터를 운영하기 위한 차세대 플랫폼인 ZQCS Quantum Control System을 발표했습니다. 이는 결함 허용 양자 컴퓨팅으로 가는 길의 중추적인 과제인 수명이 긴 논리적 큐비트 구축을 해결하도록 설계되었습니다.

물리적 큐비트는 취약합니다. 노이즈와 드리프트는 마이크로초 이내에 양자 정보를 지워버릴 수 있습니다. 해결책은 여러 물리적 큐비트에 걸쳐 양자 정보를 인코딩하여 오류 수정을 가능하게 하는 논리적 큐비트를 사용하는 것입니다. 이러한 접근 방식은 제어 시스템을 단순한 펄스 발생기에서 양자 컴퓨터의 안정화 핵심으로 격상시킵니다. 수백에서 수천 개의 채널을 조정하는 동시에 초안정적 펄스를 생성하고 마이크로초 단위의 실시간 피드백 루프를 완성해야 합니다. 이러한 요구 사항은 수천 개의 큐비트로의 확장, 게이트 충실도를 5나인(99.999%) 이상으로 끌어올리기, 양자 오류 수정 마스터하기 등 이 분야의 주요 과제의 핵심입니다. ZQCS는 확장 가능한 direct-RF 전자 장치, 결정론적 실시간 네트워킹 및 강력한 소프트웨어를 결합하여 이러한 요구 사항을 충족하도록 구축된 제어 시스템입니다.

“우리는 아날로그 프런트 엔드부터 실시간 패브릭, 소프트웨어에 이르기까지 논리적 큐비트 시대를 위해 ZQCS를 종단 간 설계했습니다. 이를 통해 연구자와 시스템 구축자는 규모, 충실도 및 오류 수정을 함께 해결할 수 있습니다.”라고 Zurich Instruments의 CEO인 Andrea Orzati는 말합니다.

ZQCS는 단일 쉘프에서 멀티 쉘프 시스템으로 원활하게 확장되는 모듈식 AdvancedTCA 아키텍처를 사용하며 19인치 랙당 1,000개 이상의 채널을 제공합니다. 이 시스템은 HPC 환경으로의 통합이 준비되어 있으며 최적의 열 관리 및 열 안정성을 위해 수랭식 인클로저를 제공합니다. 경계 없는 QEC 연구 및 하이브리드 양자-고전 워크플로우를 위해 각 쉘프에는 프로그래밍 가능한 FPGA와 GPU 및 CPU와 같은 고전 컴퓨팅 리소스에 대한 저지연, 고대역폭 링크가 통합되어 있습니다. 첫 번째 나이퀴스트 영역(first-Nyquist-zone), direct-RF 프런트 엔드 및 시장 선도적인 신호 대 잡음비를 갖춘 ZQCS를 통해 연구원은 제어에 의한 제한 없이 양자 충실도를 최적화할 수 있습니다. 대규모 양자 프로그램을 실행하도록 최적화된 동기화 방식은 모든 신호에 걸쳐 결정론적 타이밍을 위한 분산 월 클락(distributed wall clock)을 유지합니다. ZQCS는 Zurich Instruments의 LabOne Q 소프트웨어로 구동되며, 펄스, 게이트 및 워크플로우 수준의 인터페이스를 아우르며 교정 및 조정 자동화를 지원합니다.

“최초의 ZQCS 설치가 가동되어 양자 오류 수정 실험에 동력을 공급하고 파트너가 수백 개에서 수천 개의 큐비트로 확장하는 데 도움이 되는 것을 보게 되어 기쁩니다.”라고 제품 관리자인 Sebastian Krinner는 말합니다. “이는 커뮤니티가 결함 허용에 도달할 수 있도록 돕겠다는 우리의 장기적인 약속에 있어 중요한 단계입니다.”

이번 출시는 심도 있는 도메인 전문 지식과 모회사인 Rohde & Schwarz가 제공하는 장기적인 안정성을 바탕으로 논리적 큐비트 시대의 양자 제어 기술을 제공하겠다는 Zurich Instruments의 역량과 의지를 확고히 합니다.

ZQCS Quantum Control System

비디오 출처: Zurich Instruments AG