- 하나의 전자 레인지 케이블로 1,000 개 이상의 큐빗을 제어 할 수있는 라이트닝 바카라도 회로를 제안하고 원리를 성공적으로 시연했습니다
- 실온과 극저온 온도 사이의 케이블 수의 크게 감소
- 대규모 양자 컴퓨터의 실제 적용을 향한 개발 가속화
이 연구에서 기존 기술과 큐 비트 제어 방법의 비교
Quantum 및 AI Fusion Technology Business Development의 글로벌 연구 센터의 최고 연구원 인 Takeuchi Naoki (Takeuchi Naoki) 대규모 라라라이트닝 바카라닝 바카라닝 바카라도 컴퓨터의 개발을 가속화하기 위해 (이하 Yoshikawa 교수) Yoshikawa 교수, Speciorhaha, Special a Natiiki, Specicahahi 교수) (연구 당시), Tohoku University 교수 인 Yamashita Taro 교수 및 NEC Corporation의 Yamamoto Tsuyoshi 최고 연구원은 많은 수의 큐빗을 제어 할 수있는 라라라이트닝 바카라닝 바카라닝 바카라도 회로를 제안하고 회로 운영 원리를 성공적으로 입증했습니다
실용적인 양자 컴퓨터를 실현하려면 다음 작업 중 다수는 극저온 온도에서 수행 할 수 있습니다양자 비트제어해야하며 필요한 큐빗 수는 백만이라고합니다 기존 양자 컴퓨터는 실온에서 생산마이크로파각 신호는 다른 케이블을 사용하여 극도의 극저온 온도에서 큐 비트로 전송됩니다 이를 위해서는 실온과 극저온 온도를 연결하는 많은 케이블이 필요하므로 제어 할 수있는 최대 큐 비트 수는 약 1,000으로 제한됩니다
이번에는 다중화 전자 레인지를 통해 하나의 케이블로 많은 큐브를 제어 할 수있는 라이트닝 바카라도 회로를 제안했으며 액체 헬륨 (42k)의 원리를 성공적으로 입증했습니다 이 기술이 실질적으로 사용되는 경우, 전자 레인지 전송 경로의 밀도는 기존 방법의 약 1,000 배로 증가시켜 매우 낮은 온도에서 제어 할 수있는 큐 비트의 수를 극적으로 증가시킬 수 있습니다 이것은 대규모 양자 컴퓨터의 개발을 가속화 할 것으로 예상됩니다
이 연구에 대한 자세한 내용은 2024 년 6 월 3 일 (런던 시간)에 "NPJ Quantum Information"
Quantum 컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 특정 문제를 더 빨리 해결할 가능성이 있습니다 이러한 이유로 전 세계의 연구 기관은 양자 컴퓨터를 실현하기 위해 연구 및 개발을 수행하고 있습니다 여러 방법 중에서, 통합 회로 프로세스와 호환되는 라이트닝 바카라도 요소를 사용하는 양자 컴퓨터가 적극적으로 개발되고 있습니다 그러나 실용적인 수준의 라이트닝 바카라도 양자 컴퓨터를 실현하기 위해서는 냉장고의 매우 극저온 온도에서 수많은 큐 비트를 통합해야하며, 그 수는 백만 명이라고합니다
대규모 라이트닝 바카라도 양자 컴퓨터를 실현하는 데 중요한 과제 중 하나는 큐 비트의 제어 방법입니다 기존 제어 방법을 사용하면 냉장고 내부의 극도로 극저온 온도에서 각 큐 비트는 냉장고 외부의 실온에서 생성 된 마이크로파 신호로 조사됩니다 이것은 실온과 극저온 온도 사이의 케이블 수를 큐 비트 수에 비례하여 증가시킵니다 그러나 열 유입 및 공간의 관점에서 냉장고에 장착 할 수있는 케이블 수에는 상한이 있으므로 기존 제어 방법은 최대 큐 비트 수를 약 1,000으로 제한합니다 실용적인 수준에서 대규모 라이트닝 바카라도 양자 컴퓨터를 실현하려면 Qubit 제어를위한 전자 레인지 전송 경로의 밀도를 높이기 위해 회로 기술이 필요합니다
AIST는 차세대 컴퓨터 및 탐지기를 실현하기 위해 라이트닝 바카라도 디지털/아날로그 통합 회로를 개발하고 있습니다 이번에는 라이트닝 바카라도 통합 회로의 탁월한 에너지 효율과 전자 레인지 기술과의 높은 친화력에 중점을 두 었으며 큐 비트 제어 라이트닝 바카라도 회로를 개발하는 작업을 수행했습니다
이 연구 및 개발은 JST Emerging Research Support 프로젝트 "단열 라이트닝 바카라도 회로를 가진 혁신적인 양자 비트 제어 기술 (2022-2028)"(JPMJFR212B), JSPS 과학적 연구를위한 기본 연구 및 기본 제한 기술 (S), 기본적으로 통합 된 기본 제한 기술을위한 JSPS 과학적 연구 보조금 보조금 (JSPS 과학적 연구)에 의해 지원됩니다 가역적 양자 플럭스 회로 (2019-2023) "(JP19H05614) 및 JSPS 과학적 연구 및 기본 연구 (들),"라이트닝 바카라도 스핀 트로 닉스 대규모 양자 계산 회로 생성 (2019-2023) (2019-2023) (JP19H05615)
10456_10555공진기및 라이트닝 바카라도믹서(이 연구에서 제안) 실온에서, 다중 전자 레인지 (f1,f2,f3) 다중 신호 (다중 전자 레인지) 및 펄스 신호 생성 용베이스 밴드 신호| 입력됩니다 다중 전자 레인지는 라이트닝 바카라도 공진기에 의해 분리되고, 라이트닝 바카라도 믹서는 각 마이크로파 및베이스 밴드 신호로부터이다펄스 마이크로파 신호를 생성합니다 결과적으로, 다중 큐 비트 제어 전자 레인지 신호 (마이크로파 1-3)는 하나의 마이크로파 입력 (다중 마이크로파)에서 출력 될 수 있습니다 원칙적으로, 실온과 극저온 온도를 연결하는 두 개의 케이블 만 큐 비트, 다중 전자 레인지 및베이스 밴드 신호의 수에 관계없이 연결되어 케이블 수가 크게 줄어 듭니다 그러나 라이트닝 바카라도 공진기의 손실은 다중화 될 수있는 마이크로파의 수를 제한하므로 단일 케이블로 제어 할 수있는 최대 큐 비트 수는 수천 정도입니다
그림 1 (b)는 두 개의 마이크로파 (45GHz, 5GHz)가 다중화 될 때 시뮬레이션 파형을 보여줍니다 마이크로파 1 (45GHz) 및 마이크로파 2 (5GHz)는 각각 라이트닝 바카라도 믹서 1 및 라이트닝 바카라도 믹서 2로부터 출력된다 각각의 마이크로파는 제어 신호 1 및 2에 의해 개별적으로 켜기/끄기를 할 수 있으며, 모든 큐 비트는 마이크로파로 조사 될 수있다 이러한 유연한 마이크로파 조작은 양자 알고리즘을 구현하는 데 중요한 기능입니다 또한 시뮬레이션을 통해 회로의 전력 소비를 추정 할 때 큐 비트 당 818 PW에 불과한 것으로 나타났습니다 냉장고 내부에서 생성 된 약간의 열이 큐 비트 상태를 파괴함에 따라 저전력 작동이 중요한 이점입니다
그림 1 (a) 제안 된 큐 비트 제어 라이트닝 바카라도 회로의 블록 다이어그램, (b) 시뮬레이션 파형
*우리는 원래 논문에서 인용되고 수정 된 그림을 사용합니다
제안 된 큐 비트 제어 라이트닝 바카라도 회로는 AIST의 라이트닝 바카라도 통합 회로 프로세스를 사용하여 제작되었으며, 매우 저온 환경에서 원리의 데모 실험을 수행했습니다 그림 2 (a)는 제조 된 큐 비트 제어 라이트닝 바카라도 회로의 칩 사진을 보여줍니다 이 회로는 2 개의 라이트닝 바카라도 공진기와 라이트닝 바카라도 믹서로 구성됩니다 이 칩을 사용하여 Qubit Control에 필요한 기본 전자 레인지 작동을 시연했습니다 그림 2 (b)는 측정 결과의 예를 보여줍니다 이 다이어그램은 두 개의 멀티플렉스 된 전자 레인지가 전자 레인지 1과 2로 분리되어 있으며, 각각은 개별적으로 온/오프를 제어 할 수 있습니다
그림 2 (a) 큐 비트 제어 라이트닝 바카라도 회로의 칩 사진, (b) 전자 레인지 작동 실험
*우리는 원래 논문에서 인용되고 수정 된 그림을 사용합니다
상기는 제안 된 큐 비트 제어 라이트닝 바카라도 회로를 사용하여 Qubit 제어를위한 마이크로파 전송 경로의 밀도를 극적으로 향상시킬 수 있음을 보여줍니다 이 회로는 대규모 라이트닝 바카라도 양자 컴퓨터를 실현하기위한 기초 기술이 될 것으로 예상됩니다
이제 제안 된 큐 비트 제어 라이트닝 바카라도 회로 및 큐 비트의 통합 테스트를 수행 하고이 회로를 사용하여 큐 비트 제어를 입증하는 것을 목표로합니다 또한이 회로의 기능을 더욱 향상시켜 양자 계산에 필요한 모든 양자 게이트를 실행할 수 있습니다
게시 된 잡지 :NPJ Quantum Information
제목 : 단열 라이트닝 바카라도체 논리를 사용한 전자 레인지 다립 류 큐 비트 컨트롤러
저자 : Naoki Takeuchi, Taiki Yamae, Taro Yamashita, Tsuyoshi Yamamoto 및 Nobuyuki Yoshikawa
doi : 101038/s41534-024-00849-2