미국 에너지 부 (DOE)는 양자 컴퓨터, 양자 역학을 이용하여 기존 컴퓨터를 압도하는 문제를 해결하는 장치를 개발하기위한 퀘스트에 합류하고 있습니다. 이 이니셔티브는 Google 및 기타 회사가 테스트 문제에 대해 클래식 컴퓨터를 제압함으로써 "Quantum Supremacy"를 보여줄 수있는 양자 컴퓨터를 구축하기 위해 경쟁합니다. 그러나 이정표에 도달하면 실제 용도가 있다는 것을 의미하지는 않으며, 새로운 4 천만 달러의 DOE 노력은 화학, 재료 과학, 핵 물리학 및 입자 물리학 분야의 유용한 양자 컴퓨팅 알고리즘의 개발을 촉진하기위한 것입니다.
."우리는 과학을 발전시킬 수있는 알고리즘을 찾고있다"고 2017 년 11 월 29 일 워싱턴 D.C.에있는 Doe의 54 억 달러 규모의 과학 사무소의 Stephen Binkley는 말했다.
미국 정부는 이미 육군 연구소를 통해 양자 컴퓨팅에 매년 약 2 억 5 천만 달러를 소비한다고 College Park의 메릴랜드 대학교의 물리학 자이자 양자 컴퓨팅 스타트 업 Ionq의 공동 설립자는 말합니다. 그러나 Doe 자금은 대부분 국립 실험실에 갈 것입니다. Monroe는 연구원들이 기계 개발에 주요 역할을 할 수 있다고 말합니다. "산업은 사람들이 없기 때문에 그것을 할 수 없으며, 학계는 물건을 만들지 않기 때문에 그것을 할 수 없습니다."
기존의 컴퓨터는 0 또는 1으로 설정할 수있는 비트를 조작하는 반면, 양자 컴퓨터는 Quantum 비트 또는 큐브를 사용하여 기괴하게 0 및 1으로 동시에 설정할 수 있습니다. qubit은 1 1 인코딩, 0을 인코딩하기 위해 하전되지 않거나 동시에 충전 및 충전되지 않은 고전기 금속의 패치 일 수 있습니다. 반대 방향으로 또는 한 번에 두 가지 방식으로 회전 할 수있는 갇힌 이온도 큐 비트 역할을 할 수 있습니다. 두 방향으로 한 번만 기능을 사용하면 300 개의 큐브가 관찰 가능한 우주에 원자가있는 것보다 더 많은 숫자를 동시에 인코딩 할 수 있습니다.
그러나 양자 컴퓨터가 자신의 힘과 한계를 설명하는 문제를 해결하는 방법입니다. 잠재적 솔루션이 큐 비트를 통한 다른 양자파에 해당하도록 문제를 인코딩 할 수 있습니다. 파도가 올바른 길을 방해하도록 물건을 설정하면 잘못된 솔루션이 서로 취소되는 동안 올바른 솔루션이 튀어 나옵니다. 이것이 양자 컴퓨터가 많은 수를 신속하게 고려하여 현재 인터넷 암호화 프로토콜을 깨뜨릴 수있는 방법입니다. 그러나 접근 방식은 모든 계산에 도움이 될 수 없습니다.
예를 들어, Quantum Computers는 스위스의 대형 Hadron Collider와 같은 Atom Smashers가 생산 한 개별 입자 충돌의 수십억의 기록을 분석하는 데 도움이되지 않는다고 일리노이 주 Batavia의 Fermi National Accelerator Laboratory의 계산 물리학자인 James Amundson은 말합니다. Amundson은 각 레코드는 분석하기 쉽기 때문에 평행하게 작동하는 일반 컴퓨터 군대를 통해서만 공급해야한다고 Amundson은 말합니다. 양자 컴퓨터는 프로세스 속도를 높일 수 없습니다.
양자 컴퓨팅 할 일 목록
그럼에도 불구하고, 기계는 일부 문제에 대해 큰 약속을 가졌다 고 연구원들은 본질적으로 양자 기계적 프로세스 모델링 또는 시뮬레이션과 같은 문제와 같은 문제가 있다고 말했다. 예를 들어, 화학에서, 질소 제라는 효소는 질소 고정 박테리아가 공기에서 질소를 공기에서 식물이 사용할 수있는 형태로 바꿀 수있는 반응을 촉진합니다. 캘리포니아 버클리에있는 로렌스 버클리 국립 실험실의 전산 화학자 인 Wibe de Jong은 공정의 작동 방식을 정확하게 계산할 수는 없지만 양자 컴퓨터는 할 수 있다고 말합니다. "계산 복잡성으로 인해 여전히 모델링하기 어려운 촉매 공정이 많이 있습니다."
양자 컴퓨터는 또한 원자 구성 요소의 재료 설계에 도움이 될 수 있습니다. 그리고 그들은 중성자 별의 슈퍼듯한 물질이 어떻게 행동하는지 또는 입자 충돌 중에 양성자가 어떻게 분해되는지 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 응용은 모두 아 원자 입자를 설명하는 양자파의 상호 작용을 포함한다. 진동하는 파도를 추적하면 기존의 컴퓨터가 늪이되지만 양자 컴퓨터는 계산의 측면을 자동으로 처리한다고 시애틀의 워싱턴 대학의 핵 이론가 인 Martin Savage는 설명합니다.
.연구원들은 그러한 문제를 양자 컴퓨터의 큐브에 매핑하는 방법을 알아 내기 시작했습니다. 프로세스 속도를 높이기 위해 2017 년 9 월 DOE는 디자이너와 과학자가 양자 계산에 대한 접근 방식을 함께 협력 할 수 있도록 두 개의 테스트 베드를 출시했습니다. 버클리 연구소에서 물리학 자 Irfan Siddiqi와 동료들은 초전도 큐브를 사용하여 자체 64 쿼트 양자 컴퓨터를 구축하는 것을 목표로합니다. Siddiqi는 사용자의 피드백이 큐브가 칩에서 서로 배열되고 연결되는 방식을 갖는 디자인에 영향을 줄 것이라고 말했다.
대조적으로, 테네시의 Oak Ridge National Laboratory의 테스트 베드는 IBM 및 IONQ의 기존 기계에 대한 원격 액세스를 제공 할 것입니다. Oak Ridge의 양자 정보 과학자 인 Raphael Pooser는 오크 릿지 연구자들이 처음부터 기계를 만들지 않고도 동일한 종류의 "공동 디자인"을 불러 일으킬 것입니다. 또한 Doe가 업계와 파트너십을 맺고 슈퍼 컴퓨터를 개발하는 방식과 더욱 닮았습니다.
.그 동안 상용 기계가 더욱 강력 해지고 있습니다. 이번 주 캘리포니아 산타 바바라에있는 Google 실험실의 연구원들은 실험에 여전히 몇 달이 걸릴 수 있지만 양자 우위를 달성 할 것이라고 생각하는 50 쿼트 칩을 테스트하기 시작했습니다. 그러나 일부 연구자들은 그러한 시연이 대중이 유용한 양자 컴퓨터를 개발할 때 과학자들이 도로의 종말에 도달했다고 생각하는 데 오도 할 수 있다고 걱정합니다. Siddiqi는“도로의 시작조차 아닙니다.
Google의 노력을 이끄는 물리학자인 John Martinis는이 회사는 "Quantum Supremacy는 큰 이정표이며 실용적인 것을 만드는 데 더 오래 걸릴 것임을 이해하고 있습니다." Doe는 분명히 동의합니다.
