시드니 대학교의 연구원이 양자 컴퓨팅에 대한 신뢰도를 기존의 두 배로 높일 수 있는 코드 수정을 발견했다고 라이프사이언스가 보도했다.
지금까지 단 두 대의 컴퓨터가 가장 빠른 슈퍼컴퓨터보다 더 빨리 양자 계산을 완료할 수 있는 "양자 우월주의"에 도달했다. 하지만 두 컴퓨터 모두 광범위하고 신뢰할 수 있는 사용을 위해 양자 컴퓨팅 확장에 필요한 오류 수정 코드를 사용하지 않았다.
일반 컴퓨팅은 '비트(bits)'에 의존하는데, 이는 '켜짐(on)', '꺼짐(off)' 상태를 전환하는 스위치와 같다. 비트의 위치는 정보를 인코딩한다. 양자 컴퓨팅은 매우 작은 규모에서 물리적 특성이 변한다는 사실을 이용해 복잡성의 계층을 추가한다.
비트의 양자 버전인 큐비트(Qbits)는 중첩을 통해 동시에 켜거나 끌 수 있다. 또한 큐비트는 서로 얽힐 수 있는데, 물리적으로 접촉하지 않더라도 하나의 상태가 다른 상태에 영향을 미칠 수 있다. 이는 양자 컴퓨터가 이 독특한 양자 상태에서 정보를 저장함으로써 더 복잡한 방법으로 정보를 인코딩할 수 있다는 것을 의미한다. 큐비트는 여러 종류의 양자 입자로 만들어질 수 있다. 정보는 큐비트의 네트워크를 통해 암호화돼 하나의 큐비트가 손상되어도 정보를 파괴하지 않도록 한다.
하지만 큐빗 환경 파괴에 민감하기 때문에 오류가 발생하기 쉽다는 문제점이 있다. 물리학 프로젝트의 일환으로 새로운 코드 개발을 주도한 시드니 대학의 학부생 파블로 보니야 아티데스(Pablo Bonilla Ataides)는 성명을 통해 "이러한 실수는 양자 컴퓨팅의 효율성을 제한하는데, 이는 이 분야가 아직 걸음마 단계에 있는 이유 중 하나이다."고 밝혔다.
공동 저자이자 시드니 대학의 양자물리학자인 벤자민 브라운(Benjamin Brows)은 "우리는 양자 컴퓨터의 조각이 잘못되어도, 결국엔 여전히 잘 작동될 수 있도록 양자 컴퓨터의 조각들을 조립하는 방법을 연구하고 있다."고 말했다.
보니야와 브라운은 양자 컴퓨터를 신뢰할 수 없게 만드는 오류를 수정하기 위한 코드 수정을 찾아냈다. 브라운은 라이브 사이언스와의 인터뷰에서 "이번 수정은 다른 유형보다 더 흔하다고 알려진 오류를 수정하는 전문 코드를 포함하고 있다."고 밝혔다.
고전적인 비양자 컴퓨터에서 비트는 0과 1로 정보를 인코딩한다. 이 시스템에서 발생할 수 있는 유일한 오류 유형은 '비트 플립(bit flip)'으로 0과 1이 반대로 바뀌는 것이다. 이러한 오류는 기존 컴퓨팅에서 매우 드물다.
양자 컴퓨팅에서도 비트 플립 오류가 발생하는데, 큐빗은 비트보다 더 복잡하기 때문에 더 복잡한 오류를 가진다. 양자 컴퓨팅의 일반적인 오류 유형에 '감소 오류(dephasing error)'가 있다. 이는 정보의 양의 값과 음의 값이 서로 전환되는 것이다.
양자 시스템이 고전적인 컴퓨터처럼 이진수로 이뤄지진 않았지만, 0과 1에 비교하자면 이는 양의 1을 음의 1로 전환하는 것과 유사하다. 이러한 오류는 여러 가지 물리적 이유로 발생할 수 있다. 큐비트는 각운동량을 변경하거나 회전할 수 있다. 큐비트는 서로 얽힐 수 있고, 외부 세계와 얽히게 될 수도 있다. 원인이 무엇이든 이는 정보의 손실로 이어진다.
브라운은 "만약 일부 조각이 의도했던 것과 다른 것으로 전환되기 시작된다면, 결국 잘못된 답을 얻게 될 것이다."고 말했다.
보니야는 성명에서 "이 새로운 코드는 이전의 오류 수정 코드와 비교했을 때 오류 억제를 두 배로 증가시켰다."고 밝혔다. 연구원은 간단한 방법으로 이러한 성과를 얻었는데, 시스템의 다른 모든 큐빗의 좌표를 회전시키는 단순한 시스템을 이용했다.
각 큐비트가 구(球)이고 큐비트에 인코딩된 각 정보가 그 구에 있는 점이라면, 코드는 구의 절반을 회전시켜 아래가 위로, 위가 아래로 정의되도록 한다. 이 구조는 오류를 감소시켜 정보를 보호하는 동시에, 비트 플립 오류로부터도 보호한다.
브라운은 현재 예일대 및 아마존 웹서비스 과학자와 협력하고 있으며, 이들은 이런 종류의 코드와 잘 맞는 큐비트를 개발하고 있다고 밝혔다. 해당 연구는 4월 12일 네이처 커뮤니케이션지에 기술되었다.
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