극저온으로 냉각된 양자컴퓨터의 내부 작동과 이를 제어하는 기존 전자 장치 간의 격차를 해소하는 것은 매우 어려운 일이다. 현재의 접근 방식은 확장할 수 없을 것 같지만 새로운 연구에 따르면 광섬유가 컴퓨팅을 혁신할 만큼 큰 장치를 만드는 데 핵심이 될 수 있다고 한다.

지난 10년 동안 양자컴퓨팅에서 획기적인 발전을 이룩했으며, 최초의 상업적으로 유용한 기계를 만들기 위해 경쟁에 참여하는 잘 발달된 여러 기술 회사들이 참여했다. 그러나 진보에도 불구하고 오늘날의 선도적인 양자 프로세서는 여전히 수십 큐비트, 비트의 양자 동등 물 및 기술의 기본 구성 요소만을 특징으로 한다.

이는 대부분의 전문가들이 기존 컴퓨터 이상의 유용한 문제를 해결할 수 있을 만큼 강력한 범용 양자컴퓨터를 구축해야 한다고 생각하는 숫자와는 거리가 먼 수치이다. 추정치는 다양하지만 현재 접근 방식으로는 도달하기 어려울 수 있는 수백만 큐비트가 필요할 수 있다.

오늘날의 선도적인 프로세서는 초전도 큐비트를 사용한다. 초전도 큐비트는 매우 민감하며 배경 열 에너지가 방해하지 않도록 절대 0에 가까운 온도에서 저장해야 한다. 이들은 전용 전기 케이블을 통해 각 큐비트로 개별적으로 전송되는 마이크로파 펄스를 사용하여 제어 및 측정된다.

문제는 이러한 케이블로 신호를 보내면 작지만 피할 수 없는 양의 열이 발생한다는 것이다. 현재 큐비트 수에서는 관리할 수 있지만 수천 큐 비트를 초과하면 수천 개의 이러한 케이블에서 생성되는 열이 프로세서 작동을 방해할 가능성이 있다.

미국 국립표준기술원(National Institute of Standards and Technology)의 연구원들은 해결책을 찾았을 수도 있다고 생각한다. 그들은 극초단파 펄스를 광섬유 케이블 아래로 보내는 방법을 고안했으며, 이는 훨씬 적은 열을 발생시키고 수백만 큐비트를 안전하게 함께 포장할 수 있게 한다.

“이 발전은 완전히 다른 두 가지 기술인 포토닉스와 초전도 큐비트를 결합하여 매우 중요한 문제를 해결하기 때문에 큰 영향을 미칠 것이라고 생각한다.”고 NIST 물리학자 John Teufel은 보도 자료에서 말했다. "광섬유는 기존 케이블보다 훨씬 작은 볼륨으로 훨씬 더 많은 데이터를 전송할 수도 있다."

광섬유를 통해 마이크로파 펄스를 보내는 것은 단순히 케이블을 전환하는 것보다 더 복잡했다. Nature의 논문에서 연구원들은 장파장 마이크로파 펄스가 전기 광학 변조기라는 장치를 사용하여 어떻게 더 짧은 파장의 적외선 신호로 변환되어야 했는지 설명한다.

그런 다음 광섬유를 통해 큐비트와 동일한 극저온에서 작동할 수 있는 광 검출기로 전송되었다. 빛이 광 검출기에 도달하면 진동 전류가 생성되고, 이는 큐비트의 상태를 변경하거나 측정하는 데 사용할 수 있는 마이크로파 펄스를 생성한다.

연구원들이 큐비트의 상태를 측정하기 위해 시스템을 사용했을 때 기존의 전기 케이블을 사용하여 측정을 수행했을 때와 똑같은 98%의 정확도를 달성했다.

저자는 현재 접근 방식에서 발생하는 열을 줄이기위한 작업이 이미 진행 중임을 인정한다. 이는 더 얇은 전선의 개발, 전선을 초전도 케이블로 대체하는 제안 또는 동일한 케이블을 통해 많은 신호를 동시에 보낼 수 있는 다중화라는 프로세스를 포함한다.

그러나 광섬유는 잘 정립된 기술이며 훨씬 더 많은 데이터를 전송할 수 있는 능력 덕분에 이미 많은 컴퓨팅 영역에서 전선을 대체하고 있다. 저자는 또한 이 실험에 사용된 구성 요소가 실온에서 작동하도록 설계되었으므로 극저온에 맞게 최적화하면 상당한 성능 향상을 얻을 수 있다고 지적했다.

배선 문제를 해결하는 것은 여전히 ​​대규모 양자컴퓨터를 구축하는 훨씬 더 광범위한 과제의 작은 부분에 불과하다. 그러나 이 연구는 시도되고 검증된 기술이 적어도 하나의 장애물을 제거할 수 있음을 시사한다.