양자 컴퓨팅을 발전시키는 정밀한 원자 포지셔닝

어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)에 발표된 획기적인 연구는 양자 컴퓨팅의 중요한 이정표를 세웠으며, 25년 전에 구상했던 목표인 어레이에서 단일 원자의 신뢰할 수 있는 위치를 최초로 달성했다. 100%에 가까운 이 놀라운 정밀도는 유망한 확장성을 제공하고 양자 컴퓨터가 인류의 가장 복잡한 문제를 해결할 수 있는 길을 열어준다. 그러나 이러한 혁신적인 잠재력을 완전히 실현하기 위해서는 여전히 상당한 엔지니어링 장애물을 극복해야 한다.

양자 컴퓨팅은 기존 바이너리 컴퓨터의 범위를 넘어서는 문제를 해결할 수 있는 이론적 능력을 가지고 있다. 이 기능의 핵심은 범용 양자 컴퓨터의 기본 단위인 큐비트로, 실리콘에 내장된 단일 원자로 생성되고 양자 특성을 유지하기 위해 세심하게 냉각된다. 이러한 원자를 전기 및 자기 신호로 조작하면 양자 역학의 심오한 원리를 활용하여 양자 정보 처리가 가능하다.

양자 컴퓨터는 중첩 및 얽힘과 같은 현상을 활용하여 무수한 가능성을 동시에 탐색할 수 있다. 이는 옵션을 순차적으로 처리하고 수많은 잠재적 결과를 요구하는 복잡한 문제를 해결하는 데 수백만 년이 걸릴 수 있는 기존 컴퓨터와 크게 대조된다.

양자 컴퓨팅에 대한 수많은 접근 방식이 진행 중이지만 필요한 규모와 오류율을 달성한 것은 없다. 한 가지 유망한 방법은 인과 같은 개별 불순물 원자를 실리콘 결정 내에 정밀하게 배치하여 큐비트를 엔지니어링하는 것이다. 그 잠재력에도 불구하고 현재 방법의 70% 성공률은 실제 양자 컴퓨팅에 필요한 거의 0에 가까운 실패율에 미치지 못한다.

성공률을 높이기 위해 UCL의 연구원들은 인의 잠재적인 대안으로 비소를 선택했다. 그들은 레코드판 레코드판의 바늘과 비슷한 특수 현미경을 사용하여 실리콘 결정에 비소 원자를 꼼꼼하게 삽입했다. 이 세심한 프로세스는 단일 비소 원자의 2×2 어레이를 생성하는 것으로 절정에 달하여 향후 큐비트 개발을 위한 토대를 마련했다.

이 성과는 중요한 진전을 의미하지만, 양자 컴퓨팅의 혁신적인 잠재력이 완전히 실현되기까지는 상당한 과제가 남아 있다. 그러나 각 이정표마다 가능성의 지평이 확장되어 양자 컴퓨터가 전례 없는 규모로 문제 해결에 혁명을 일으키는 미래에 점점 더 가까워지고 있다.  제조사ImpactLab