오늘 소개할 것은 가장 강력한 양자 컴퓨터를 만들기 위한 글로벌 경쟁인 양자 경쟁입니다.
때로는 사람들이 워밍업하는 순간 고장 나거나 몇 분의 1 정도 변화하는 시스템에 어떻게 인내심을 가지고 대처할 수 있을지 궁금해지기도 합니다.
IBM, 구글, 스타트업과 같은 기업이 양자 우위를 쫓는 방식에 대해 모두가 이야기하지만, 그 진정한 의미는 세계에서 가장 취약한 기계를 의미 있는 일을 하려고 노력한다는 것입니다.
양자 컴퓨터는 일반 컴퓨터가 하는 방식을 계산하지 않습니다.
양자 컴퓨터는 한 번에 여러 상태로 존재할 수 있는 양자 비트에 의존하는데, 이는 숨을 많이 쉬면 무너지는 기적입니다.
엔지니어들은 이 기적을 살아남기 위해 초전도 회로, 조셉슨 접합, 복잡한 오류 수정 코드를 사용합니다.
정밀함, 인내심, 희망의 이야기입니다.
초전도 회로
초전도 회로는 많은 현대 양자 컴퓨터의 핵심입니다.
금속이 절대 영도에 가깝게 냉각되면 모든 전기 저항을 잃게 되어 에너지 손실 없이 전류가 영원히 흐를 수 있습니다.
이 얼어붙은 세상에서는 아주 작은 신호도 놀라운 정확도로 제어할 수 있습니다.
엔지니어들은 초전도 와이어의 루프를 사용하여 자속을 가두고 큐비트를 정의합니다.
각 루프는 "0", "1" 또는 둘 다를 나타낼 수 있는 뚜렷한 에너지 준위를 가진 작은 인공 원자처럼 작동합니다.
하지만 문제는 모든 것이 믿을 수 없을 정도로 차갑게 유지되어야 한다는 것입니다.
단 하나의 미열 광자만으로도 큐비트를 뒤집고 계산을 파괴할 수 있습니다.
그렇기 때문에 양자 프로세서는 컴퓨터라기보다는 샹들리에처럼 보이는 거대한 극저온 냉장고 안에 자리 잡고 있습니다.
때로는 절대 영도에 가까워질수록 절대 정밀도에 가까워지지만 모든 것이 더 취약해지는 시적인 시스템이라고 생각합니다.
조셉슨 접합
조셉슨 접합은 초전도 회로를 진정으로 양자화하는 요소입니다.
조셉슨 접합은 얇은 절연 장벽으로 분리된 두 개의 초전도체로 구성됩니다.
일반적으로 전기는 그 장벽을 넘지 않아야 하지만, 양자역학에서는 쿠퍼 쌍이라고 불리는 전자 쌍이 저항 없이 통과할 수 있습니다.
이 터널링은 자기 플럭스로 제어할 수 있는 진동을 생성하여 큐비트의 기초를 형성합니다.
각 접합은 확실성과 가능성 사이의 작은 다리와 같습니다.
엔지니어들은 많은 접합을 결합하여 중첩 상태를 전환하면서 양자 연산을 수행하는 게이트를 만들 수 있습니다.
이렇게 단순한 구조, 즉 금속과 산화물의 샌드위치가 컴퓨팅을 영원히 변화시킬 수 있는 힘을 어떻게 가지고 있는지 놀랍습니다.
조셉슨 효과는 고체 물질에서도 우주는 여전히 꿈처럼 행동하여 충분히 자세히 살펴보면 불가능한 일이 조용히 일어날 수 있음을 상기시켜줍니다.
오류 수정 코드
양자 시스템의 오류 수정은 고전적인 컴퓨터와는 다릅니다.
큐비트를 측정하면 양자 상태가 파괴되기 때문에 큐비트만 복사할 수는 없습니다.
그래서 과학자들은 하나의 논리적 큐비트를 여러 물리적 큐비트로 인코딩하는 기발한 아이디어를 생각해냈습니다.
이러한 여분의 큐비트는 데이터를 저장하지 않고 불안정성의 속삭임과 같은 작은 오류 징후가 있는지 다른 큐비트를 모니터링합니다.
무언가 잘못되면 시스템은 양자 상태를 붕괴시키지 않고 스스로 수정합니다.
현대 컴퓨팅에서 가장 복잡한 것 중 하나이자 가장 인간적인 것 중 하나이기도 합니다.
양자 오류 수정은 끊임없이 확인하고 조정하고 복구하는 자기 의심이 구조로 바뀌는 것처럼 느껴집니다.
물리학에서도 완벽함은 존재하지 않고 유지보수만 존재한다는 증거입니다.
하지만 그 유지보수가 꿈을 유지하는 원동력입니다.
결론적으로 초전도 회로, 조셉슨 접합, 오류 수정 코드는 양자 레이스의 기초를 형성합니다.
과학자와 엔지니어들은 매일 이러한 시스템을 안정성에 더 가깝게 밀어붙이며 한 번에 한 마이크로초씩 일관성을 추구합니다.
때로는 인류가 자신을 성찰할 수 있는 기계를 만들고 있는 것처럼 느껴질 때도 있습니다.
차갑지만 살아 있고 불안정하지만 잠재력이 가득한 모순들로 가득 차 있습니다.
양자 레이스는 단순히 권력에 관한 것이 아니라 끈기에 관한 것입니다.
그리고 마침내 우승하면 진정한 경쟁은 기업이나 국가 간의 경쟁이 아니라 취약성과 이해하려는 의지 사이의 경쟁이었다는 사실을 깨닫게 될지도 모릅니다.