초록 ▼

초전도 양자 비트에서는 결맞음 시간이 길지 않고 양자비트 사이의 결합력이 크지 않은 것이 집적회로 구성에 큰 장애가 되고 있다. 따라서 큰 결합력을 가지면서 긴 결맞음 시간을 가진 양자비트 모델을 정립하는 것이 양자 전산의 집적회로를 구현하는데 현 단계에서 필요하다. 본 연구에서는 새로운 hybrid 자속-위상 양자비트의 기제와 이 자속-위상 양자비트를 이용한 회로-QED(circuit-QED) 방식을 개발하여 양자비트가 optimal point에서 긴 결맞음 시간을 가지면서도 양자비트와 회로 사이의 결합력이 강하여 빠른 게이트 구

초전도 양자 비트에서는 결맞음 시간이 길지 않고 양자비트 사이의 결합력이 크지 않은 것이 집적회로 구성에 큰 장애가 되고 있다. 따라서 큰 결합력을 가지면서 긴 결맞음 시간을 가진 양자비트 모델을 정립하는 것이 양자 전산의 집적회로를 구현하는데 현 단계에서 필요하다. 본 연구에서는 새로운 hybrid 자속-위상 양자비트의 기제와 이 자속-위상 양자비트를 이용한 회로-QED(circuit-QED) 방식을 개발하여 양자비트가 optimal point에서 긴 결맞음 시간을 가지면서도 양자비트와 회로 사이의 결합력이 강하여 빠른 게이트 구동을 할 수 있었다. 양자비트를 optimal point 에서 구동하면 결맞음 시간을 수십 배 향상시킬 수 있으나 optimal point에서의 회로-QED 연구가 대부분 전하 양자비트에 대해 이루어지고 자속 양자비트나 위상 양자비트에서 만족할 만한 성과를 이루지 못하였다. 우리는 hybrid 자속-위상 양자비트를 회로-QED의 optimal point에서 작동시키는 기제를 제안하였다.

실용적 양자전산을 위해서 양자비트들이 집적가능하여야 한다. 기존의 실험들에서 결합된 양자비트들의 수를 증가시키지 못하는 주된 이유는 개별 양자비트의 낮은 Q-factor 때문이다. 우리는 본 연구의 hybrid 자속-위상 양자비트가 높은 Q-factor를 가지는 것을 보였다. 한편 집적된 회로에서 결합된 양자비트 사이의 결합을 On/Off 스위칭하는 기제와 두 양자비트 사이의 결합력을 조절하는 기제가 결맞음성을 깨지 않고 얼마나 효율적으로 작동하는가 하는 것도 집적성에 큰 영향을 끼친 다. 조절가능한 결합력을 구현하기 위하여 resonator 한 개당 하나의 양자비트를 할당하고 resonator들 사이에 충전용량을 삽입하여 resonator들 사이에 상호작용을 유도함으로서 결과적으로 양자비트들 사이의 결합을 이루는 방식을 연구하였다.

그러나 양자비트들을 집적가능한 2차원 격자계로 구성하면 각 격자점에서 결합되어 있는 다수의 양자비트중 특정한 2개 사이의 양자게이트를 구현할 수 있어야 한다. 이를 위하여 본 연구에서 는 resonator사이에 충전용량 대신 보조적인 양자비트를 도입하고, 이 보조 양자비트의 에너지준위를 변화시킴으로써 resonator사이의 상호작용의 크기를 조절하는 기제에 대해 연구하였다. 우리는 보조 양자비트에 transmon대신 3개의 죠셉슨 접합이 있는 자속 양자비트를 채용하고, 각 죠셉슨 접합의 접합에너지를 조절함으로서 특정한 두 양자비트사이의 결합만 가능한 기제를 제안하였다. 우리는 이러한 기제가 Kagome 격자에서만 작동가능하다는 것을 보였고 Kagome 격자의 한꼭지점에서 결합된 임의의 두 양자비트 짝 사이의 양자 게이트가 구현 가능하게 되는 기제를 제안하였다.

(출처:연구결과 요약문 p.4)

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 3Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5 1. 연구과제의 개요 ... 5 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7 5. 연구결과의 활용계획 ... 7 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7Ⅲ. 연구성과 ... 8끝페이지 ... 10