인문학적 반도체_1. 반도체 미래_양자컴퓨터(2)

5장. 반도체의 미래는 어떨까?

그럼 이렇게 만들기 어려운 양자 컴퓨터는 대체 어떻게 만들까요?

크게 4가지 방법이 있습니다.

첫째, 초전도  회로방식입니다.

초전도란 금속을 아주 낮은 온도로 냉각하면 전기저항이 제로가 되어 전자가 자유롭게 돌아다닐 수 있는 현상을 말합니다.

[초전도 현상 _ 출처: 처음 읽는 양자컴퓨터 이야기]

초전도  회로방식은 현재 가장 주류인 개발 방식으로 구글이나 IBM이 이 방식으로 한창 개발 중입니다.

전기 회로 칩을 초전도 상태로 유지하기 위해서는 절대 온도라고 하는 -273도까지 냉각해야 합니다. 냉각을 위해 어마어마하게 큰 냉동기 안에 초전도 전기회로 칩을 넣고 수많은 케이블로 연결하여 양자 연산을 수행합니다.

[ IBM 초전도 방식 양자컴퓨터_출처: IBM ]

이 방식은 칩 위에  다수의 양자비트를 자유롭게 배치하여 집적 할 수 있고, 전기 신호로 양자비트를 간단하게 조작 할 수 있다는 장점이 있습니다.

반면 다른 방식보다 양자비트가 불안정하고 중첩을 안정적으로 유지할 수 있는 시간이 짧다는 단점이 존재합니다.

두번째는 이온트랩 방식입니다.

이온 트랩은 전하를 띈 입자를 전자기장만을 이용하여 3차원 공간에 포획하는 장치로 이온 한 개 안의 전자가 궤도에 들어가는 두가지 방식으로 양자 비트 0과 1을 표현합니다.

이온트랩 방식은 오류 비율이 1%이하고 양자비트가 안정적인 장점이 있는 반면 큐비트 수를 늘리기 어렵고 진공 용기가 필요한 단점이 있습니다.

[ 이온트랩 방식 양자컴퓨터 개발 기업 아이온큐 _ 출처: IONQ 홈페이지 ]

세번째는 반도체 방식입니다.

CMOS와 MOSFET과 같은 반도체 구조는 극저온에서도 동작할 수 있습니다. 이를 이용해 극저온에서 동작하는 반도체 구조를 이용한 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit) 기반의 제어 방식을 적용하게 되면 고밀도로 집적이 가능하여 소형화, 고효율, 저전력으로 작동할 수 있습니다. 이 방식은 반도체 기판안에 가둔 전자 한개가 가지는 자성의 두 방향으로 큐비트를 표현합니다. 반도체 방식은 오류 비율이 아직 높고 냉각기가 필요하다는 단점에도 불구하고 인텔,프린턴대를 비롯한 여러 기업과 대학교에서 연구가 진행중입니다.

[ 반도체 양자점을 이용한 양자컴퓨터 _ 출처: 프린스턴대 ]

네번째는 광 방식입니다.

이 방식은 광자 한개의 파동 진동 방향 두가지를 이용해 큐비트를 구현합니다. 장점은 실온이나 공기 중에서 작동이 가능하고 고속 연산도 척척해 냅니다만 아직 오류 비율이 높고 일부 연산은 부적확한 단점이 있습니다.

[광방식 양자컴퓨터_ 출처: 처음 읽는 양자컴퓨터 이야기]

IBM에서는 IBM Q Experience라는 홈페이지를 통해 누구나 양자컴퓨터를 이용 할 수 있게 하였습니다.

https://quantum-computing.ibm.com/

아래 화면은 위 SITE에 들어가 회원 가입 후 제가 처음으로 만든 양자 회로 인데 제가 만들었지만 무슨 회로인지 잘 모르겠습니다.

[ IBM Quantum Composer 화면 ]

 아인슈타인과 함께 20세기 최고의 물리학자로 일컬어지는 리처드 파인만의 말이 위로가 됩니다.

양자역학을 제대로 이해하는 사람은 이 세상에 단 한명도 없다.