Microsoft와 Quantinuum은 오늘 양자 오류 수정에서 중대한 발전을 발표했습니다. Quantinuum의 이온트랩 하드웨어와 Microsoft의 새로운 큐빗 가상화 시스템을 사용하여 팀은 14,000회 이상의 실험을 오류 없이 수행했습니다. 이 새로운 시스템은 논리 큐빗을 확인하고 오류를 수정할 수 있게 해 주었는데, 이때 논리 큐빗이 파괴되지 않습니다.

이로 인해 두 회사는 양자 컴퓨터의 최첨단 기술을 일반적으로 NISQ(전용 중간 규모 양자) 컴퓨터 시대로 불리던 시대에서 깨뜨려 냈습니다. '노이지'란 환경의 작은 변화조차 양자 시스템을 본질적으로 무작위롭게 된다(또는 '해소'된다)로 이어질 수 있다는 것에서 비롯되었고, '중간 규모'란 현재 양자 컴퓨터 세대가 최대 1000개 가량의 큐빗에 한정되어 있는 것입니다. 큐빗은 양자 시스템에서의 컴퓨팅의 기본 단위로, 클래식 컴퓨터의 비트와 유사하지만 각 큐빗은 여러 상태에 동시에 존재할 수 있으며 측정될 때까지는 특정 위치로 떨어지지 않습니다. 이것은 양자가 컴퓨팅 성능의 큰 점프를 제공하는 잠재력의 기초가 됩니다.

그러나 얼마나 많은 큐빗이 있는지는 중요하지 않은데, 시스템이 유용한 결과나 어떠한 결과도 얻지 못하기 전에 너무 노이즈가 심해져서 기본 알고리즘을 실행할 시간도 거의 없기 때문입니다.

여러 가지 다른 기술을 결합하여 팀은 거의 오류 없이 수천 개의 실험을 수행했습니다. 이를 위해 준비 작업이 꽤 많이 필요하고 이미 성공적인 실행을 위해 좋아 보이는 시스템들을 사전에 선정하는 것이 포함되었지만, 그럼에도 불구하고 이것은 업계가 많이 진전한 곳에서 온 것에 비하면 엄청난 개선입니다.

양자 컴퓨팅을 위한 올바른 방향으로의 한 걸음입니다. 여전히 해결해야 할 문제들이 많이 남아 있습니다(물론 이러한 결과들도 재현되어야 합니다), 그러나 이론적으로 100개의 논리 큐빗을 가진 컴퓨터는 이미 어떤 문제를 해결하는 데 유용할 수 있으며, 1,000개의 큐빗을 가진 기계는 상용 이점을 얻을 수 있다고 Microsoft는 말합니다.

팀은 Quantinuum의 H2 함유 이온 프로세서를 사용하여 30개의 물리적인 큐빗을 네 개의 매우 신뢰할 수 있는 논리 큐빗으로 결합했습니다. 여러 물리적인 큐빗을 하나의 논리적인 큐빗으로 인코딩함으로써 시스템을 오류로부터 보호하는 데 도움이 되었습니다. 물리적인 큐빗이 함께 뒤얽혀져 있어서 물리적인 큐빗의 오류를 감지하고 수정하는 것이 가능해졌습니다.

오류 수정이라는 것은 장기간 업계를 괴롭힌 것입니다. 노이즈가 낮을수록 물리적인 큐빗의 품질이 높을수록 좋겠지만, 정교한 오류 수정 없이는 이러한 시스템이 변해버리기 전에 NISQ 시대에서 벗어나는 방법이 없습니다.

“높은 오류율을 가진 물리적 큐빗의 수를 단순히 증가시키는 것은 이유 없는 일입니다. 왜냐하면 이렇게 하면 이전보다 강력하지 않은 대형 양자 컴퓨터가 되기 때문입니다,” Azure Quantum의 총괄 매니저인 Dennis Tom과 Microsoft의 선두 양자 개발 부사장인 Krysta Svore가 오늘 발표했습니다. “반면, 운영 품질이 충분한 물리적인 큐빗을 사용하여 특수 오비스트레이션 및 진단 시스템으로 가상 큐빗이 활성화될 때에만 물리적인 큐빗의 수를 증가시키는 것은 대형이면서 오류로부터 보호 가능한 양자 컴퓨터가 가능하게 되며 더 긴, 더 복잡한 계산을 수행할 수 있습니다.”

단지 몇 년 전에 논리적 큐빗이 물리적 큐빗을 능가하기 시작했습니다. 이제 Microsoft와 Quantinuum은 새로운 하드웨어/소프트웨어 시스템이 물리적 큐빗을 사용하는 것보다 최대 800배까지 개선된 물리적 큐빗과 논리적 오류율 사이의 가장 큰 격차를 보여준다고 주장합니다.

연구원들은 NISQ를 넘어가려면 논리적 및 물리적 큐빗 오류율 사이에 큰 차이가 필요하며, 각각의 회로 오류를 수정하고 적어도 두 개의 논리적인 큐빗 사이에 얽힘을 생성하는 능력이 필요합니다. 이러한 결과가 유지된다면 팀은 모두 성취했고 우리는 실제로 인내심을 가진 양자 컴퓨팅의 시대로 진입했음을 발견했습니다.

결과는 실제로 "활성 증후군 추출"을 수행할 수 있는 팀의 능력이 되어야 하는데, 즉, 오류를 진단하고 수정할 수 있는 능력이며, 그 과정에서 논리적 큐빗을 파괴하지 않는 능력입니다.

“이 성과는 처음으로 논리적 큐빗을 파괴하지 않고 오류를 수정하고 신뢰할 수있는 양자 오류 수정의 필수 요소를 보여주는 중요한 이정표입니다,” Tom과 Svore는 설명했습니다. “우리는 우리의 큐빗 가상화 시스템을 통해 이 zu로부터 장기적인, 다수의 회로 오류로부터 논리적인 오류율에 이르는 중요한 구성 요소를 입증했습니다.”

이제 남은 양자 커뮤니티가 이러한 결과를 복제하고 유사한 오류 수정 시스템을 구현할 차례입니다. 그러나 그것은 아마도 시간 문제일 것입니다.

“오늘의 결과는 역사적인 성취이며, 이 협력이 양자 생태계를 넘어서는 경계를 뛰어넘는 방법을 멋지게 반영한 것입니다,” Quantinuum의 창립자이자 최고 제품 담당 임원인 Ilyas Khan은 말했습니다. “Microsoft의 최첨단 오류 수정과 전세계에서 가장 강력한 양자 컴퓨터 및 완전히 통합된 접근 방식이 결합된 것으로, 우리는 양자 프로세서의 규모로 발전하는 과정에서 특히 우리의 솔루션에서 어떤 방식으로 고객 및 파트너가 혜택을 얻게 될지 기대되는 다음 양자 응용 프로그램으로의 진화가 무척이나 기대됩니다.”

자세한 내용은 여기에서 기술 논문을 찾을 수 있습니다.