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양자 컴퓨터의 하드웨어

플랑크 상수를 h = 6.63×10⁻³⁴ J·s, 볼츠만 상수를 k_B = 1.38×10⁻²³ J/K로 한다. 주파수 5 GHz인 초전도 큐비트에서 |0⟩과 |1⟩의 에너지 차 hf를 온도로 환산한 값 hf/k_B에 가장 가까운 것은?

  1. A약 0.038 K
  2. B약 0.24 K
  3. C약 1.5 K
정답과 해설 보기

정답: B. 약 0.24 K

hf = 6.63×10⁻³⁴ × 5×10⁹ ≈ 3.3×10⁻²⁴ J이며, 이를 k_B로 나누면 약 0.24 K가 됩니다. 열평형에서는 |1⟩로 열에 의해 들뜨는 비율이 exp(−hf/k_B T)로 정해지므로, 온도를 이보다 충분히 낮은 20 mK로 하면 hf/k_B T ≈ 12가 되어 열에 의한 들뜸은 거의 무시할 수 있습니다. 반대로 액체 헬륨 온도인 4 K에서는 k_B T가 hf의 약 17배가 되어 큐비트로 쓸 수 없습니다.

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