양자점 하나 추가했더니…양자컴퓨터 속도·안정성 잡았다

일본 오사카대학교 연구팀이 양자점 하나를 추가해 양자컴퓨터 큐비트(qubit)의 연산 속도와 안정성을 동시에 높이는 기술을 개발했다.

25일(현지시간) 오사카대학교는 협력 연구를 통해 반도체 스핀 큐비트의 성능을 개선하는 방법을 시연했다고 밝혔다. 기존에는 큐비트 속도를 높이면 전기적 잡음에 취약해지는 문제가 있었다. 연구 결과는 국제학술지 'npj 퀀텀 인포메이션'에 실렸다.

연구팀은 기존 2개의 양자점으로 구성된 스핀 큐비트에 보조 양자점 1개를 추가했다. 연구팀은 이 보조 양자점을 전기적으로 조정해 전자의 궤도 에너지 구조를 재구성하는 '궤도 밴드 엔지니어링' 전략을 사용했다.

이 방식을 통해 빠른 스핀 제어에 필요한 강한 결합은 유지하면서도 전압 잡음에는 덜 민감한 작동 영역을 확보했다. 그 결과 100MHz 이상의 작동 주파수를 달성했으며, 특정 조건에서는 271MHz에 도달했다.

또한 머신러닝 기반 피드백 기술을 결합해 큐비트 주파수의 느린 변화를 지속적으로 보정했다. 이를 통해 위상결맞음 시간은 약 52나노초에서 580나노초로 연장됐다. 4나노초 게이트 충실도는 99.56%를 기록했으며, 추가적인 최적화 후 99.72%까지 향상됐다.

후지타 다카후미 연구원은 "보조 양자점을 추가함으로써 큐비트 주파수 조정을 위한 자유도를 하나 더 확보했다"며 "전기적 잡음에 덜 민감한 작동 영역을 탐색할 수 있었다"고 설명했다.

연구팀은 이 접근법이 양자컴퓨터의 대규모화 과정에서 발생하는 장치 간 편차를 보정하는 데 유용한 설계 원리가 될 수 있다고 밝혔다. 또한 실리콘 및 게르마늄 기반 스핀 큐비트에도 적용될 수 있을 것으로 기대했다.