The high-stakes race to make quantum computers work - Chiara Decaroli

번역: WOORI JO 검토: Danny Kim

The contents of this metal cylinder could either revolutionize technology

이 금속 실린더의 내용물은 기술 혁명을 일으킬 수도 있고

or be completely useless—

완전히 쓸모 없을 수도 있습니다.

it all depends on whether we can harness the strange physics of matter

이는 우리가 아주 작은 측정값의

at very, very small scales.

물리학을 이용할 수 있는지에 달렸습니다.

To have even a chance of doing so,

그렇게 하기 위해서,

we have to control the environment precisely:

우리는 환경을 아주 섬세하게 통제해야 합니다.

the thick tabletop and legs guard against vibrations from footsteps,

두꺼운 상판과 책상 다리가 발걸음,

nearby elevators, and opening or closing doors.

근처의 엘리베이터, 문의 여닫음으로 인한 진동을 막아줍니다.

The cylinder is a vacuum chamber,

실린더는 진공이며,

devoid of all the gases in air.

공기 중의 기체가 전혀 없습니다.

Inside the vacuum chamber is a smaller,

진공실의 안쪽은 더 작은데,

extremely cold compartment, reachable by tiny laser beams.

극도로 온도가 낮으며 작은 레이저 광선으로만 접속할 수 있습니다.

Inside are ultra-sensitive particles that make up a quantum computer.

내부에는 양자 컴퓨터를 구성하는 초민감 입자가 있습니다.

So what makes these particles worth the effort?

무엇이 이 입자들을 가치있게 만드는 걸까요?

In theory, quantum computers could outstrip the computational limits

이론상, 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터에게 있는 계산 상의

of classical computers.

한계를 뛰어넘을 수 있습니다.

Classical computers process data in the form of bits.

기존 컴퓨터는 데이터를 비트의 형태로 처리합니다.

Each bit can switch between two states labeled zero and one.

각각의 비트는 0과 1, 두 가지 상태로 나뉘어집니다.

A quantum computer uses something called a qubit,

양자 컴퓨터는 큐비트라는 것을 사용하는데,

which can switch between zero, one, and what’s called a superposition.

이는 0, 1, 혹은 사이의 중첩 상태로 바뀔 수 있습니다.

While the qubit is in its superposition,

큐비트가 중첩 상태일 때,

it has a lot more information than one or zero.

0이나 1보다 더 많은 정보를 담고 있습니다.

You can think of these positions as points on a sphere:

여러분은 이 상태를 구체의 점으로 생각해볼 수 있습니다.

the north and south poles of the sphere represent one and zero.

구체의 북극과 남극은 1과 0을 대표합니다.

A bit can only switch between these two poles,

비트는 오로지 이 두 극점 사이에서 바뀌는데,

but when a qubit is in its superposition,

큐비트가 중첩 상태에 있을 때는,

it can be at any point on the sphere.

해당 구체의 어느 부분이든 될 수 있습니다.

We can’t locate it exactly—

우리는 위치를 정확히 잡아낼 수 없습니다.

the moment we read it, the qubit resolves into a zero or a one.

우리가 읽어내는 순간, 큐비트는 0 혹은 1로 바뀝니다.

But even though we can’t observe the qubit in its superposition,

우리가 중첩 상태의 큐비트를 관찰할 수 없을지라도,

we can manipulate it to perform particular operations while in this state.

중첩 상태에서 특정 작업을 하도록 조작할 수 있습니다.

So as a problem grows more complicated,

문제가 복잡해질수록

a classical computer needs correspondingly more bits to solve it,

기존 컴퓨터는 그에 대응해서 더 많은 비트를 필요로 합니다.

while a quantum computer will theoretically be able to handle

반면 이론적으로 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터와 달리

more and more complicated problems

더 많은 큐비트 없이도

without requiring as many more qubits as a classical computer would need bits.

복잡한 문제들을 해결할 수 있습니다.

The unique properties of quantum computers

양자 컴퓨터의 독특한 특징은

result from the behavior of atomic and subatomic particles.

원자와 아원자 입자에서 비롯되었습니다.

These particles have quantum states,

이 입자들은 양자 상태인데,

which correspond to the state of the qubit.

이는 큐비트의 상태와 상응합니다.

Quantum states are incredibly fragile,

양자 상태는 놀랍도록 깨지기 쉬워서,

easily destroyed by temperature and pressure fluctuations,

온도와 압력의 변화,

stray electromagnetic fields,

빗나간 전자 파장,

and collisions with nearby particles.

근처 입자와의 충돌에 의해 쉽게 파괴됩니다.

That’s why quantum computers need such an elaborate set up.

이런 이유로 양자 컴퓨터는 정교한 환경을 필요로 합니다.

It’s also why, for now,

또한 이것은

the power of quantum computers remains largely theoretical.

현재 양자 컴퓨터가 이론적으로만 남아있는 이유이기도 합니다.

So far, we can only control a few qubits in the same place at the same time.

지금까지 우리는 동시에 같은 장소에서 아주 적은 큐비트만 다룰 수 있었습니다.

There are two key components involved

변덕스러운 양자 상태를 효과적으로 관리하는데는

in managing these fickle quantum states effectively:

두 가지 핵심 요소가 있습니다.

the types of particles a quantum computer uses,

하나는 양자 컴퓨터가 사용하는 입자의 유형이고,

and how it manipulates those particles.

다른 하나는 그 입자를 조정하는 방식입니다.

For now, there are two leading approaches:

우세한 두 가지 접근법이 있습니다.

trapped ions and superconducting qubits.

바로 포획 이온과 초전도 큐비트입니다.

A trapped ion quantum computer uses ions as its particles

포획 이온 양자 컴퓨터는 이온을 입자로 사용합니다.

and manipulates them with lasers.

그리고 레이저로 입자를 조작합니다.

The ions are housed in a trap made of electrical fields.

이온은 전기장으로 만들어진 트랩에 갇혀있습니다.

Inputs from the lasers tell the ions what operation to make

레이저의 투입은 큐비트 상태를 유발하여 구체에서 돌아다니도록 하며

by causing the qubit state to rotate on the sphere.

이온이 무슨 작업을 해야할지 알려줍니다.

To use a simplified example,

간단한 예시를 들어보자면,

the lasers could input the question:

레이저는 질문을 주입할 수 있습니다.

what are the prime factors of 15?

15의 소인수는 무엇일까요?

In response, the ions may release photons—

그 반응으로 이온은 광자를 방출합니다.

the state of the qubit determines whether the ion emits photons

큐비트의 상태는 이온이 광자를 방출할지,

and how many photons it emits.

또 얼마나 방출할지를 결정합니다.

An imaging system collects these photons and processes them to reveal the answer:

영상 시스템은 이러한 광자를 수집하여 답안을 처리합니다.

3 and 5.

바로 3과 5입니다.

Superconducting qubit quantum computers do the same thing in a different way:

초전도 큐비트 양자 컴퓨터는 다른 방식으로 같은 일을 해냅니다.

using a chip with electrical circuits instead of an ion trap.

이번에는 이온 트랩 대신 전기 회로가 있는 칩을 사용합니다.

The states of each electrical circuit translate to the state of the qubit.

각 전기 회로의 상태는 큐비트의 상태로 번역됩니다.

They can be manipulated with electrical inputs in the form of microwaves.

이는 마이크로파 형태의 전기적 입력으로 조작될 수 있습니다.

So: the qubits come from either ions or electrical circuits,

큐비트는 레이저나 마이크로파에 의해

acted on by either lasers or microwaves.

이온에서도, 전기 회로에서도 생겨날 수 있습니다.

Each approach has advantages and disadvantages.

각각의 접근법은 장단점이 있습니다.

Ions can be manipulated very precisely,

이온은 매우 정확하게 조정할 수 있고

and they last a long time,

오랜 시간 지속되지만,

but as more ions are added to a trap,

트랩에 더 많은 이온이 추가되면

it becomes increasingly difficult to control each with precision.

각각의 정확성을 조절하기 아주 어려워집니다.

We can’t currently contain enough ions in a trap to make advanced computations,

우리는 현재 고난이도 계산을 하기 위한 충분한 양의 이온을 다룰 수 없습니다.

but one possible solution might be to connect many smaller traps

하지만 한 가지 가능한 해결책은 더 작은 트랩을 많이 연결하는 겁니다.

that communicate with each other via photons

이 트랩들은 광자를 통해 정보를 주고 받습니다.

rather than trying to create one big trap.

큰 트랩을 하나 만드는 것보다 더 나은 선택이죠.

Superconducting circuits, meanwhile, make operations much faster than trapped ions,

한편 초전도 전기회로는 이온 트랩보다 작업을 훨씬 빨리 해냅니다.

and it’s easier to scale up the number of circuits in a computer

그리고 이온을 늘리는 것보다 컴퓨터의 전기회로 수를

than the number of ions.

늘리는 게 쉽습니다.

But the circuits are also more fragile,

다만 전기회로는 더 약해서

and have a shorter overall lifespan.

전반적인 수명이 짧습니다.

And as quantum computers advance,

양자 컴퓨터가 발전하면서,

they will still be subject to the environmental constraints

양자 상태를 보존하기 위해

needed to preserve quantum states.

여전히 환경적 제약을 받아야합니다.

But in spite of all these obstacles,

하지만 이러한 모든 장애물에도 불구하고,

we’ve already succeeded at making computations

우리는 들어갈 수도, 관찰할 수도 없는 영역에서

in a realm we can’t enter or even observe.

이미 계산을 만드는 것에 성공했습니다.