양자 큐비트 플랫폼에 통합된 소재

Microsoft Quantum은 2월 19일 Nature에 토폴로지 양자 컴퓨터를 실현하는 데 필요한 양자 장치 측정의 최근 진전을 자세히 설명하는 기사를 게재했습니다. 저자 중에는 퍼듀 대학교에 위치한 Microsoft Quantum Lab West Lafayette에서 연구를 수행하는 Microsoft 과학자와 엔지니어가 있습니다. Microsoft Quantum의 발표에서 팀은 토폴로지 양자 컴퓨터에 필요한 구성 요소인 장치의 작동을 설명합니다. 게재된 결과는 기존 기술보다 잠재적으로 더 견고하고 강력한 양자 컴퓨터를 구축하는 과정에서 중요한 이정표입니다.

"양자 계산에 대한 우리의 희망은 우리의 일상 생활에 매우 중요한 새로운 소재의 설계 및 제조에 종사하는 화학자, 재료 과학자 및 엔지니어에게 도움이 될 것입니다."

퍼듀 대학교의 Bill and Dee O'Brien 물리학 및 천문학 명예 교수, 재료 공학 교수, 전기 및 컴퓨터 공학 교수인 Microsoft Quantum Lab West Lafayette의 과학 책임자인 Michael Manfra가 말했습니다.

"양자 계산의 약속은 과학적 발견을 가속화하고 유용한 기술로 전환하는 데 있습니다. 예를 들어, 양자 컴퓨터가 생명을 구하는 새로운 치료제를 생산하는 데 드는 시간과 비용을 줄인다면, 그것은 진정한 사회적 영향입니다."

Microsoft Quantum Lab West Lafayette 팀은 테스트에 사용된 전체 장치 아키텍처의 양자 평면을 구성하는 복잡한 계층 재료를 발전시켰습니다. Manfra와 협력하는 Microsoft 과학자들은 분자 빔 에피택시를 포함한 고급 반도체 성장 기술의 전문가로, 양자 비트 또는 큐비트의 기반을 형성하는 저차원 전자 시스템을 구축하는 데 사용됩니다.

그들은 원자층 정밀도로 반도체 및 초전도체 층을 구축하여 재료의 특성을 장치 아키텍처에 필요한 특성에 맞게 조정했습니다.

Purdue Quantum Science and Engineering Institute의 회원인 Manfra는 10년에 걸쳐 구축된 Purdue와 Microsoft 간의 강력한 관계를 Microsoft Quantum Lab West Lafayette에서 수행된 발전에 기인했습니다.

2017년 Purdue는 Purdue의 Manfra 연구팀에 Microsoft 직원을 배치하는 것을 포함한 다년 계약을 통해 Microsoft와의 관계를 더욱 강화했습니다.

"이것은 퍼듀의 Microsoft 과학자들의 중요한 기여와 함께 매우 정교한 팀의 협력적 노력이었습니다." Manfra가 말했습니다.

"Microsoft 팀의 업적이지만, 퍼듀와 Microsoft 간의 오랜 파트너십의 정점이기도 합니다. 퍼듀에서 이러한 작업 방식에 도움이 되는 환경이 없었다면 불가능했을 것입니다. 저는 두 커뮤니티의 발전을 위해 산업 연구와 학술 연구를 융합하려고 시도했습니다. 저는 그것이 성공 사례라고 생각합니다."

퍼듀의 양자 과학 및 공학은 퍼듀 컴퓨팅 이니셔티브의 핵심으로, 컴퓨팅, 물리적 AI, 반도체, 양자 기술 분야의 연구를 발전시키는 데 중점을 두고 있습니다.

"준입자 상태 측정의 이 연구 혁신은 위상 양자 컴퓨팅 개발의 이정표이며, 반도체-초전도체 하이브리드 구조에서 분수령을 만들어냅니다." 퍼듀 대학 총장인 뭉 치앙이 말했습니다.

"또한 퍼듀 컴퓨츠의 전략적 이니셔티브에서 가장 최근의 성공을 기념하는, 맨프라 교수와 그의 팀이 퍼듀 캠퍼스에 있는 Microsoft Quantum Lab West Lafayette와 함께 만든 긴밀한 협업은 오늘날 미국 대학에서 가장 영향력 있는 산업 연구 파트너십의 예입니다."

양자 컴퓨터에 대한 대부분의 접근 방식은 정보를 인코딩하기 위해 지역적 자유도에 의존합니다. 전자의 스핀은 큐비트의 전형적인 예입니다. 그러나 개별 스핀은 열, 진동 또는 다른 양자 입자와의 상호 작용과 같은 비교적 흔한 것에 의해 교란되기 쉽고, 이는 큐비트에 저장된 양자 정보를 손상시켜 오류를 감지하고 수정하는 데 많은 노력이 필요합니다.

위상 양자 컴퓨터는 스핀 대신 보다 분산된 방식으로 정보를 저장합니다. 큐비트 상태는 협력하여 작용하는 많은 입자의 상태로 인코딩됩니다. 결과적으로 큐비트 상태를 변경하려면 모든 입자의 상태를 변경해야 하므로 정보를 스크램블하기가 더 어렵습니다.

Microsoft 팀은 Nature 논문에서 큐비트의 기반을 형성하는 준입자의 상태를 정확하고 빠르게 측정할 수 있었습니다.

"이 장치는 위상 큐비트의 기본 속성을 빠르게 측정하는 데 사용됩니다." Manfra가 말했습니다.

"팀은 이러한 긍정적인 결과를 바탕으로 발전하게 되어 기쁩니다."

Microsoft Quantum Lab 과학자 Sergei Gronin은 "West Lafayette의 팀은 기존 에피택시얼 기술을 반도체-초전도체 하이브리드 구조의 최첨단 기술로 끌어올려 Microsoft 하이브리드 시스템의 각 구성 요소 간의 완벽한 인터페이스를 보장했습니다."라고 말했습니다.

"양자 컴퓨팅 칩에 필요한 재료 품질은 지속적인 개선을 필요로 하므로, 그것이 가장 큰 과제 중 하나입니다." 그로닌이 말했습니다.

"먼저, 우리는 이전에 아무도 달성할 수 없었던 새로운 수준에 도달하기 위해 반도체 기술을 조정하고 개선해야 했습니다. 하지만 똑같이 중요한 것은 이 하이브리드 시스템을 만드는 방법이었습니다. 그렇게 하려면 반도체 부분과 초전도 부분을 병합해야 했습니다. 즉, 반도체와 초전도체를 완벽하게 만들고 그 사이의 인터페이스를 완벽하게 만들어야 한다는 뜻입니다."

Nature 기사에서 논의된 작업은 Microsoft 직원이 수행했지만, 산업 규모의 연구 및 개발에 대한 노출은 Manfra의 학술 그룹에 속한 Purdue 학생들에게도 뛰어난 기회입니다. 이 논문의 공동 저자 중 한 명인 John Watson, Geoffrey Gardner, Saeed Fallahi는 Manfra에서 박사 학위를 취득했으며 현재 워싱턴 레드먼드와 덴마크 코펜하겐에 있는 Microsoft Quantum에서 근무하고 있습니다.

Manfra의 이전 학생 대부분은 현재 Microsoft를 포함한 양자 컴퓨팅 회사에서 일하고 있습니다. West Lafayette 연구실에서 일하고 장치에 필요한 하이브리드 반도체-초전도체 구조를 구축하는 데 도움을 준 Tyler Lindemann은 Manfra의 지도를 받으며 Purdue에서 박사 학위를 취득하고 있습니다.

"Microsoft Quantum에서 일하는 것과 함께 Manfra 교수의 연구실에서 일한 것은 제 전문적 발전에 있어서 선두를 차지할 수 있게 해주었고, 제 학업에도 유익했습니다." Lindemann이 말했습니다.

"동시에 Microsoft Quantum의 세계적 수준의 과학자와 엔지니어 중 다수는 학계에서 어느 정도 배경을 가지고 있으며, 그들의 지식과 경험을 활용할 수 있는 것은 제 대학원 과정에서 없어서는 안 될 자원입니다. 두 가지 관점에서 볼 때, 그것은 좋은 기회입니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/02/250225121643.htm