이전에 풀 수 없었던 문제를 해결하는 새로운 아날로그 양자 컴퓨터

Sep 04, 2023

2023년 1월 30일

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물리학자들은 가장 강력한 디지털 슈퍼컴퓨터가 해결할 수 없는 어려운 물리학 문제를 해결할 수 있는 새로운 유형의 아날로그 양자 컴퓨터를 발명했습니다.

미국 스탠포드 대학과 아일랜드 UCD(University College Dublin)의 과학자들이 공동으로 Nature Physics에 발표한 새로운 연구에서는 회로에 양자 구성 요소가 포함된 새로운 유형의 고도로 전문화된 아날로그 컴퓨터가 최첨단 문제를 해결할 수 있음을 보여주었습니다. 이전에는 도달할 수 없었던 양자 물리학의 규모가 확대되면 이러한 장치는 물리학에서 해결되지 않은 가장 중요한 문제 중 일부를 밝힐 수 있습니다.

예를 들어, 과학자와 엔지니어들은 오랫동안 초전도성에 대해 더 잘 이해하고 싶어 했습니다. MRI 기계, 고속열차, 장거리 에너지 효율적인 전력망에 사용되는 기존 초전도 물질은 현재 극도로 낮은 온도에서만 작동하기 때문입니다. , 더 넓은 사용을 제한합니다. 재료과학의 성배는 실온에서 초전도성을 띠는 재료를 찾아 다양한 기술에 혁명을 일으키는 것입니다.

Andrew Mitchell 박사는 UCD 양자 공학, 과학 및 기술 센터(C-QuEST)의 소장이자 UCD 물리학 대학원의 이론 물리학자이자 논문의 공동 저자입니다.

그는 "특정 문제는 가장 빠른 디지털 클래식 컴퓨터라도 해결하기에는 너무 복잡합니다. 고온 초전도체와 같은 복잡한 양자 물질의 정확한 시뮬레이션은 정말 중요한 예입니다. 이러한 종류의 계산은 현재 능력을 훨씬 뛰어넘습니다. 현실적인 모델의 속성을 시뮬레이션하는 데 필요한 기하급수적 컴퓨팅 시간과 메모리 요구사항을 설명합니다."

"그러나 디지털 혁명을 주도하는 기술 및 엔지니어링의 진보는 나노 규모에서 물질을 제어할 수 있는 전례 없는 능력을 가져왔습니다. 이를 통해 우리는 양자 물리학의 특정 모델을 해결하는 '양자 시뮬레이터'라고 불리는 특수 아날로그 컴퓨터를 설계할 수 있게 되었습니다. 나노크기 구성 요소의 고유한 양자 역학적 특성을 활용합니다. 물리학의 모든 공개 문제를 해결할 수 있는 충분한 성능을 갖춘 다목적 프로그래밍 가능 양자 컴퓨터를 아직 구축할 수는 없었지만 이제 할 수 있는 것은 맞춤형 아날로그 장치를 구축하는 것입니다. 특정 양자 물리학 문제를 해결할 수 있는 양자 구성 요소를 사용합니다."

이러한 새로운 양자 장치의 아키텍처에는 UCD 스탠포드 연구원과 에너지부의 SLAC 국립 가속기 연구소(스탠포드 소재) 연구원이 고안한 나노전자 회로에 통합된 하이브리드 금속-반도체 구성 요소가 포함됩니다. David Goldhaber-Gordon 교수가 이끄는 Stanford의 Experimental Nanoscience Group은 장치를 제작하고 운영했으며 이론과 모델링은 UCD의 Mitchell 박사가 수행했습니다.

스탠포드 재료에너지과학연구소 연구원인 골드하버-고든 교수는 "우리는 항상 우리가 관심 있는 현상의 본질을 포착할 수 있는 수학적 모델을 만들고 있다. 맞습니다. 합리적인 시간 내에 문제를 해결할 수 없는 경우가 많습니다."

Goldhaber-Gordon 교수는 Quantum Simulator를 사용하여 "이전에는 누구도 갖지 못했던 회전 손잡이를 갖게 되었습니다"라고 말했습니다.