초전도 큐비트와 이온 트랩 큐비트의 차이: 원리·동작 환경·게이트 속도·결맞음·연결성 비교
둘 다 양자 컴퓨터의 큐비트를 만드는 대표적인 방식입니다. 초전도 방식은 조셉슨 접합과 커패시터로 만든 초전도 회로(트랜스몬 등)를 큐비트로 삼아 마이크로파 펄스로 조작합니다. 반도체와 같은 리소그래피로 칩에 만들 수 있는 반면, 희석 냉동기로 10 mK 정도까지 냉각해야 합니다. 이온 트랩 방식은 진공 중에 전기장으로 포획한 이온의 전자 에너지 준위를 큐비트로 삼아 레이저나 마이크로파로 조작합니다. 일반적으로 초전도 방식은 게이트가 빠르고, 이온 트랩 방식은 결맞음 시간이 길며 큐비트끼리 자유롭게 연결하기 쉽다는 특징이 있습니다.
| 비교 항목 | 초전도 큐비트 | 이온 트랩 큐비트 |
|---|---|---|
| 큐비트의 실체 | 조셉슨 접합과 커패시터로 만드는 초전도 회로(트랜스몬 등)의 가장 낮은 2개의 에너지 준위 | 진공 중에 포획한 이온(이터븀이나 칼슘 등)의 전자의 2개의 에너지 준위 |
| 만드는 방법 | 칩 위에 리소그래피로 회로로서 만든다 | 원자를 이온으로 만들고, 전극이 만드는 전기장으로 포획해 늘어세운다 |
| 동작 환경 | 희석 냉동기로 10~20 mK 정도까지 냉각한다 | 초고진공. 이온은 레이저로 냉각한다. mK까지 냉각하는 냉동기는 필요 없다(진공을 좋게 하기 위해 몇 K 정도로 냉각하는 장치도 있다) |
| 조작 방법 | 몇 GHz의 마이크로파 펄스 | 레이저(또는 마이크로파) |
| 게이트 속도의 기준 | 빠르다. 2큐비트 게이트에서 수십~수백 ns 정도 | 느리다. 2큐비트 게이트에서 몇 µs~수백 µs 정도로, 초전도 방식보다 2~3자릿수 느린 경우가 많다 |
| 결맞음 시간의 기준 | 수십 µs~수백 µs 정도 | 길다. 초 단위, 조건에 따라서는 그 이상 |
| 큐비트 간 연결성 | 칩 위의 회로로 결합하므로 주로 이웃한 큐비트끼리 | 같은 트랩 안의 이온은 공통 진동을 통해 임의의 조합으로 2큐비트 게이트를 수행할 수 있다 |
| 편차 | 제조한 회로이므로 접합의 미세한 차이로 주파수가 흩어져, 큐비트마다 교정이 필요 | 같은 종류의 이온은 모두 동일하며, 제조 편차가 없다 |
| 대규모화의 과제 | 냉동기 안으로 끌어들이는 배선의 수와 열 유입, 큐비트 사이의 크로스토크, 재료 결함으로 인한 손실 | 하나의 트랩에 늘어세울 수 있는 이온 수의 한계, 게이트의 느림. 이온을 이동시키는 방식이나 빛으로 트랩끼리 연결하는 방식이 연구되고 있다 |
수치는 대략적인 자릿수 기준이며, 공정 세대와 제품에 따라 달라져요.