이전에 풀 수 없었던 문제 해결: 새로운 유형의 아날로그 양자 컴퓨터

Jun 08, 2023

작성자: UCD Research & Innovation2023년 3월 10일

아날로그 양자컴퓨터(Analog Quantum Computer)는 양자 파동함수의 진폭, 위상 등 연속변수를 사용해 연산을 수행하는 양자컴퓨터의 일종이다.

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

A groundbreaking study published in Nature PhysicsAs the name implies, Nature Physics is a peer-reviewed, scientific journal covering physics and is published by Nature Research. It was first published in October 2005 and its monthly coverage includes articles, letters, reviews, research highlights, news and views, commentaries, book reviews, and correspondence." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 미국 스탠포드 대학과 아일랜드 더블린 대학(UCD)의 과학자들로 구성된 팀의 자연 물리학(Nature Physics) 팀은 회로에 양자 구성 요소를 갖춘 고도로 전문화된 새로운 유형의 아날로그 컴퓨터가 양자 물리학의 복잡한 문제를 해결할 수 있음을 밝혔습니다. 이전에는 도달할 수 없었던 것입니다. 이러한 장치를 확장할 수 있다면 물리학에서 해결되지 않은 가장 중요한 문제에 대한 통찰력을 제공할 수 있는 잠재력이 있습니다.

예를 들어, 과학자와 엔지니어들은 오랫동안 초전도성에 대한 더 깊은 이해를 추구해 왔습니다. 현재 MRI 기계, 고속 열차, 에너지 효율적인 장거리 전력망에 사용되는 것과 같은 초전도 물질은 극히 낮은 온도에서만 작동하므로 광범위한 응용이 어렵습니다. 재료 과학의 궁극적인 목표는 실온에서 초전도성을 나타내는 재료를 발견하여 다양한 기술에서의 사용에 혁명을 일으키는 것입니다.

전자 회로에 내장된 두 개의 결합된 나노 크기 금속 반도체 구성 요소를 특징으로 하는 새로운 양자 시뮬레이터의 현미경 사진 이미지입니다. 출처: Pouse, W., Peeters, L., Hsueh, CL 외. 2개 사이트 전하 Kondo 회로의 이국적인 양자 임계점에 대한 양자 시뮬레이션. Nat. 물리. (2023)

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 기능을 훨씬 뛰어넘습니다. 현실적인 모델의 속성을 시뮬레이션하는 데 필요한 지수 계산 시간 및 메모리 요구 사항.

Andrew Mitchell 박사는 University College Dublin의 이론 물리학자이고, 아일랜드 연구 위원회로부터 수상자상을 받았으며, UCD 양자 공학, 과학 및 기술 센터(C-QuEST)의 소장입니다. 출처: UCD 미디어: Vincent Hoban의 사진

"However, the technological and engineering advances driving the digital revolution have brought with them the unprecedented ability to control matter at the nanoscaleThe nanoscale refers to a length scale that is extremely small, typically on the order of nanometers (nm), which is one billionth of a meter. At this scale, materials and systems exhibit unique properties and behaviors that are different from those observed at larger length scales. The prefix "nano-" is derived from the Greek word "nanos," which means "dwarf" or "very small." Nanoscale phenomena are relevant to many fields, including materials science, chemistry, biology, and physics." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"nanoscale. This has enabled us to design specialized analog computers, called ‘Quantum Simulators,’ that solve specific models in quantum physics by leveraging the inherent quantum mechanical properties of its nanoscale components. While we have not yet been able to build an all-purpose programmable quantum computer with sufficient power to solve all of the open problems in physics, what we can now do is build bespoke analog devices with quantum components that can solve specific quantum physics problems."/p>

But to solve quantum physics problems, the devices need to involve quantum components. The new Quantum Simulator architecture involves electronic circuits with nanoscale components whose properties are governed by the laws of quantum mechanics. Importantly, many such components can be fabricated, each one behaving essentially identically to the others. This is crucial for analog simulation of quantum materials, where each of the electronic components in the circuit is a proxy for an atomAn atom is the smallest component of an element. It is made up of protons and neutrons within the nucleus, and electrons circling the nucleus." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"atom being simulated and behaves like an ‘artificial atom’. Just as different atoms of the same type in a material behave identically, so too must the different electronic components of the analog computer./p>