구글 양자컴퓨터 윌로우칩 발표

윌로우(Willow)는 전례 없는 양자 우위를 입증하며, 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터인 프론티어(Frontier)가 약 10섹틸리언 년이 걸릴 것으로 예상되는 벤치마크 계산 작업을 5분 이내에 완료했습니다

칩의 성능 돌파구는 큐비트(qubit)를 사용한 덕분으로, 큐비트는 "0"과 "1"을 동시에 나타낼 수 있어 전통적인 이진 시스템보다 지수적으로 더 빠른 계산이 가능합니다. 

이진시스템만 알고 있는 저로서는 이해하기가 조금 힘든데요.

"0" 과 "1"과 ("0" or "1") 이니 3진수를 뜻하는건가 라는 생각을 하기도 했습니다만, 그런것으로 빨라질 수 있다면 무한대의 진수를 도전했을테죠.

큐비트는 "quantum bit"의 줄임말로, 양자 정보 시스템에서 사용하는 수학적으로 정의된 정보의 기본 단위입니다

1. 중첩 상태: 큐비트는 0과 1의 상태를 동시에 가질 수 있는 '중첩' 상태를 가집니다
2. 확률적 특성: 큐비트의 상태는 확률적으로 표현됩니다. 측정 전까지는 0과 1의 상태가 확률적으로 존재합니다.
3. 얽힘: 여러 큐비트가 서로 얽혀 있을 수 있어, 하나의 큐비트 상태가 다른 큐비트의 상태에 영향을 줄 수 있습니다

조금 요약해보자면

중첩의 상태로 0과 1의 상태가 확률적으로 존재하는데 0이 나와야 하는 결고가 1의 확률에 걸린다 라고 하면 잘못된 연산이 나오겠죠. 그래서 양자컴퓨터 상용화를 위해서는 오류율을 최대한 줄이기 위해서 다음과 같은 기술을 시도하고 있습니다.

1. Shor 코드: 9개의 물리적 큐비트를 사용하여 1개의 논리적 큐비트를 인코딩하며, 비트 플립과 위상 플립 오류를 모두 수정할 수 있습니다
   
2. Steane 코드: 7개의 물리적 큐비트를 사용하여 1개의 논리적 큐비트를 인코딩하며, 내결함성이 있습니다
3. Surface 코드: 2차원 격자 구조의 큐비트를 사용하여 논리적 큐비트를 인코딩하는 방식으로, 대규모 양자컴퓨터에 유망한 기술입니다
4. 하이브리드 양자 오류 수정: 이산 변수(DV)와 연속 변수(CV) 큐비트를 결합한 방식으로, 자원 효율성을 크게 개선합니다

구글의 Willow 칩은 표면 코드(surface code)를 사용하여 큐비트 수가 증가함에 따라 오류가 기하급수적으로 감소한다는 것을 입증했으며, 1995년에 처음 제안된 오류 수정 임계값을 초과했습니다.

하지만 표면코드방식으로는 특정 양자게이트의 구현이 복잡하고 하니 아직 개선할 점은 남은것으로 보입니다.