최초의 실용적인 양자컴퓨터를 만들기위한 경쟁은 초전도 큐비트로 만든 기계와 갇힌 이온을 사용하는 기계 사이의 두 마리의 말 경쟁처럼 보인다. 그러나 새로운 연구에 따르면 세 번째 경쟁자인 광학 기술에 기반한 기계가 내부로 몰래 다가갈 수 있다.

오늘날 가장 발전된 양자컴퓨터는 Google과 IBM이 만든 컴퓨터로, 초전도 회로에 의존하여 양자 계산의 기초를 형성하는 큐비트를 생성한다. 그들은 이제 수십 큐비트를 연결할 수 있으며 논란의 여지가 있지만 Google은 자사의 기계가 일반 컴퓨터를 넘어서 계산을 수행할 수 있는 능력인 양자 우위를 달성했다고 주장한다.

최근 이러한 접근 방식은 초전도보다 더 안정적이고 오류 발생 가능성이 적은 트랩형 이온 큐비트를 사용하려는 기업의 물결에 의해 도전 받고 있다. 이러한 장치는 덜 개발되었지만 엔지니어링 대기업 Honeywell은 이미 10 큐비트를 가진 기계를 출시했는데, 이는 더 많은 수의 초전도 큐비트로 만들어진 기계보다 더 강력하다고 말한다.

그러나 이러한 진전에도 불구하고 이러한 접근 방식에는 몇 가지 주요 단점이 있다. 특수 제작 방법, 믿을 수 없을 정도로 정밀한 제어 메커니즘이 필요하며 외부 간섭으로 부터 큐비트를 보호하기 위해 절대 0에 가깝게 냉각되어야 한다.

이것이 캐나다 양자컴퓨팅 하드웨어 및 소프트웨어 스타트 업인 Xanadu의 연구원들이 광학을 기반으로 한 대체 양자컴퓨팅 접근 방식을 지원하는 이유이다. 지난주 Nature에 발표된 논문에서 그들은 양자 알고리즘을 실행할 수 있는 최초의 완전 프로그래밍 가능하고 확장 가능한 광학 칩을 공개했다. 시스템은 실온에서 실행될 뿐만 아니라 수백만 큐비트로 확장될 수 있다고 회사는 말한다.

이 아이디어는 완전히 새로운 것이 아니다. Ars Technica에서 Chris Lee가 언급했듯이 사람들은 광자의 양자상태에서 정보를 인코딩하고 이러한 상태를 조작하는 것이 상대적으로 쉽기 때문에 수십 년 동안 양자 컴퓨팅에 대한 광학적 접근 방식을 실험해 왔다. 가장 큰 문제는 광학 회로가 매우 커서 쉽게 프로그래밍 할 수 없다는 것이다. 즉, 해결하려는 모든 새로운 문제에 대해 새 컴퓨터를 만들어야 했다.

광자 집적 회로의 성숙도가 높아짐에 따라 변화하기 시작했다. 광학 컴퓨팅을 사용한 초기 실험에는 레이저, 렌즈 및 검출기의 복잡한 테이블 배치가 포함되었지만 오늘날에는 수백 개의 작은 광학 부품을 특징으로 하는 전자 칩과 다르지 않은 실리콘 칩을 구입할 수 있다.

최근 몇 년 동안 이러한 장치의 안정성과 성능이 크게 향상되었으며 현재 통신업계에서 정기적으로 사용하고 있다. 일부 회사는 그들이 인공 지능의 미래가 될 수도 있다고 믿는다.

이를 통해 Xanadu 연구원은 빔 스플리터, 도파관 및 광원이 서로 상호 작용하도록 하는 간섭계라고하는 장치로 구성된 복잡한 광 네트워크를 구현하는 실리콘 칩을 설계할 수 있었다.

이 칩은 최대 8개의 큐비트를 생성하고 조작할 수 있지만 동시에 두 가지 상태가 될 수 있는 기존 큐비트와는 달리 이러한 큐비트는 세 가지 상태로 구성될 수 있으므로 더 많은 정보를 전달할 수 있다.

빛이 네트워크를 통과하면 결과를 제공하는 최첨단 광자 계수 감지기로 공급된다. 이것은 시스템의 잠재적인 한계 중 하나이다. 현재 이러한 감지기는 극저온으로 냉각되어야 하지만 나머지 칩은 그렇지 않기 때문이다.

그러나 가장 중요한 것은 칩이 쉽게 재 프로그래밍 가능하므로 다양한 문제를 해결할 수 있다. 이러한 간섭계의 설정을 조정하여 계산을 제어할 수 있지만 연구원들은 사용자의 물리적 복잡성을 숨기고 상당히 일반적인 코드를 사용하여 프로그래밍 할 수 있는 소프트웨어 플랫폼도 개발했다.

이 회사는 2020년 9월 클라우드에서 칩을 사용할 수 있다고 발표했지만 Nature 논문은 자사 시스템에 대한 최초의 동료 검토 테스트이다. 연구자들은 수행되는 계산이 본질적으로 양자 역학적임을 확인했지만, 하나는 분자 시뮬레이션 용이고 다른 하나는 두 개의 그래프가 얼마나 유사한 지 판단하기위한 두 가지 더 실용적인 알고리즘을 구현했다. 이 알고리즘은 다양한 패턴 인식 문제에 적용된다.

덴마크 공과 대학의 Ulrik Andersen은 이에 수반되는 의견을 통해 큐 비트의 품질을 상당히 개선해야 하며 기술이 실제 문제로 확장될 경우 광자 손실을 줄여야 한다고 말한다. 그러나 그는 이 돌파구가 광학적 접근 방식이“양자컴퓨팅의 암흑자가 될 수 있음을 시사한다”고 말했다.