IonQ 아이온큐 이온 트랩 방식에 대해서

지난번 포스팅에 이어 오늘은 

양자컴퓨터 분야의 선두기업 "아이온큐"의 이온포집 방식에 대해서 간략하게 알아보겠습니다

 

아이온큐(IonQ)의 이온트랩 방식(Ion Trap quantum computing)이란

 

이온을 잡는다

그런데, 어떻게 잡는걸까요?

이 기술은 양자컴퓨터를 만드는 방식 중 하나로, 

이온을 전기장으로 고정시켜서 이를 이용해 양자 계산을 수행하는 기술입니다. 

이 기술은 양자컴퓨터의 중요한 구성 요소인 큐비트(qubit)를 생성하는 방식입니다. 이제 이 방식이 어떻게 작동하는지 상세하게, 그리고 쉽게 설명해볼게요.

1. 이온트랩 방식이란?
이온트랩은 '이온'(전하를 가진 원자)을 사용해 양자 상태를 제어하는 기술입니다. 

전하를 가진 이온은 전기적 힘을 이용 특정한 위치에 가두어두고, 그 이온을 양자 상태를 변화시키는 데 사용할 수 있습니다. 이 이온들을 트랩(trap, 즉 가두는 장치) 안에 보관하면서 양자 계산을 진행하는 방식입니다.

2. 이온 트랩에 이온을 넣는 방법
이온트랩 방식에서 "이온"은 전자가 하나 이상 빠져나가거나 들어가면서 전하를 가진 원자가 됩니다. 

예를 들어, 리튬이나 칼슘 같은 원자를 레이저를 이용해 이온화시키고, 이 이온들을 전기적인 장치로 고정시키게 됩니다.

ㅎㅎㅎ, 도대체 설명은 쉬운거 같은데, 말은 이해되지만, 공기중에 공기가 많다는 말 같다 나에겐...

3. 큐비트로 활용
이 이온들은 양자 상태를 가지며, 이 상태를 이용해 큐비트를 만들 수 있습니다. 큐비트는 0과 1의 두 상태가 동시에 존재하는 '중첩(superposition)' 상태에 있을 수 있기 때문에 양자 컴퓨팅의 핵심입니다. 이 상태는 고전적인 비트(0 또는 1)와는 다르게 양자 컴퓨터가 병렬로 동시에 많은 계산을 할 수 있게 해줍니다. 0일 수도 있고, 동시에 1일 수도 있다,0과 1일 동시에 있을수도 있다.. 어렵네요

예를 들어,

이온이 두 개의 에너지 상태 (예: 높은 에너지 상태와 낮은 에너지 상태)로 존재한다고 할 때, 이 상태가 큐비트로 작용합니다.

무한한, 가능의 수를 동시에 대조하면서 한번에 계산한다. 즉, 0과 1로만 구분되던 데이터 구분이 0일수도 혹은 1일 수도 있다는 의미, 그러므로 더 많은 경우의 수가 존재한다. 그 경우의 수를 동시에 다발적으로 대조하고 계산한다.

이해되시나요 ?

큐비트를 제어하는 데에는 레이저가 사용되며, 

이를 통해 큐비트를 변화시킬 수 있습니다. 이 레이저는 이온의 에너지 상태를 변화시키는 데 필요합니다.

4. 이온트랩의 장점
높은 정확도: 이온트랩 방식은 이온을 정확하게 제어할 수 있어서 큐비트 간의 간섭을 최소화할 수 있습니다. 따라서 양자 연산에서 높은 정확도를 제공합니다.

장기간의 유지: 이온은 외부 환경에 비교적 잘 보호되기 때문에 양자 상태를 비교적 오랜 시간 동안 유지할 수 있습니다. 

이것은 '디코히런스(decoherence)'를 줄이는 데 도움이 됩니다.

상호작용 가능: 트랩 내의 여러 이온들은 서로 상호작용을 하며, 

이는 양자 컴퓨팅에서 중요한 '게이트 연산'을 수행하는 데 사용됩니다.

5. 어떻게 계산을 하나요?
이온트랩 양자컴퓨터는 '양자 게이트(quantum gate)'를 사용해서 연산을 수행합니다. 양자 게이트는 큐비트를 제어하는 역할을 하며, 이온에 레이저를 쏴서 그 상태를 변화시킵니다. 예를 들어, 하나의 큐비트를 반전시키거나, 두 큐비트를 서로 얽히게 만들 수 있습니다.

게이트 연산: 큐비트가 특정 상태로 전환되거나 두 큐비트가 얽히는 등의 연산이 필요합니다. 이때 레이저가 이온에 직접 작용하여 큐비트 상태를 바꿉니다.

6. 아이온큐(IonQ)의 이온트랩 기술
아이온큐는 이온트랩 기술을 상용화한 양자 컴퓨터 회사로, 2015년부터 이 기술을 개발하여 상용 양자컴퓨터를 만들기 위한 노력을 지속하고 있습니다. 아이온큐는 이온 1개 또는 여러 개를 트랩에 가두어 고성능 양자 연산을 수행할 수 있는 장치들을 제작합니다.

아이온큐는 이온트랩 기술을 통해 매우 높은 정확도의 양자 컴퓨터를 구현할 수 있다고 주장하며, 이 기술이 앞으로의 양자컴퓨터 분야에서 중요한 역할을 할 것이라고 예측하고 있습니다.

다시한번 요약하면...

이온트랩 방식은 양자 컴퓨터에서 중요한 구성 요소인 큐비트를 고정하고 제어하는 방식으로, 전하를 가진 이온들을 전기장에 가두어두고, 레이저를 통해 이온의 상태를 제어하여 양자 연산을 수행하는 기술입니다. 이 방식은 높은 정확도와 긴 상태 유지 시간을 제공하여 매우 효율적이고 안정적인 양자 컴퓨팅이 가능하게 만듭니다.

이해되는것 같기도 하고 아닌것 같기도 합니다.

하지만, 동시에 방대한 경우의 수를 동시에 대조하고 계산하는 기술로 막대한 시간이걸리던

기존의 컴퓨터 연산 시간과 능력을 엄청나게 빠르게,많게, 효과적으로 계산한다는 것이

양자컴퓨터의 기본 기술입니다

 

조금이라도 이해되셨나요 ? ㅎㅎ

뭐, 그냥 대세다 이런 생각만..

하지만, 정말 대세일지 아닐지는 시간이 답을 해주리라 봅니다.

개인적인 생각은

기존컴퓨터+양자컴퓨터

의 결합으로  사용되지 않을까 하는 생각입니다.

기존의 컴퓨터가 없어지는 것이 아니라,

기존 컴퓨터에 연산능력이 신급인 양자컴이 합해져서 시너지 효과?

하이브리드 컴퓨터 라고나 할까요?

자전거에 모타 달아서 산에 올라가는 ㅎㅎ

비교가 좀 그런가요? 

암튼, 오늘은 여기까지만 배우고 갑니다.

다음시간에는 

대장주 다음 행동주 리게티에 대해서도 공부좀 해보겠습니다