이온 트랩 (Ion Trap)
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= 개발 현황= 2021년도 기준/현재 연구되고 있는 양자 컴퓨팅 플랫폼은 크게 [[초전도 큐비트|초전도체]], 이온 트랩, [[중성 원자 기반|중성 원자]], 다이아몬드 질소 공극 센터, [[광자 기반|광자]] 등이 있다. 이 중 이온 트랩 플랫폼은 이온을 [[큐비트]]로 사용하는 플랫폼으로서, 전세계적으로 수많은 기업 및 대학에서 현재 연구들이 진행중이다. 이온 트랩 플랫폼의 경우 두 큐비트 양자 게이트 시간이 길다는 단점이 있지만, 큐비트의 [[결맞음]] 시간이 다른 종류의 플랫폼에 비하여 훨씬 길다는 장점이 있으며 최근에는 1시간 이상의 단일 큐비트 결맞음 시간이 달성되기도 하였다. 또한, 모든 이온들 간의 상호 커플링이 용이하고, 큐비트들의 주파수가 동일하기에 확장이 용이하다는 장점이 있다. 이러한 장점들로 인하여 IonQ, Honeywell 등의 기업이 현재 최신 이온 트랩 양자 컴퓨팅 하드웨어 개발을 선도하고 있다. == 하드웨어 개발 현황 == [[File:양자 기술백서_image92.png|thumb|500px|11개의 큐비트에 대한 단일 및 이중 큐비트 벤치마킹의 결과이다. 이중 큐비트 게이트의 경우 최고 98.9%의 충실도를 보인다<ref name=Wright>K. Wright ''et al., Benchmarking an 11-qubit quantum computer'', Nature Communications '''10''',1 (2019), https://doi.org/10.1038/s41467-019-13534-2 </ref>]] 이온 트랩 양자컴퓨팅 하드웨어는 현재 IonQ와 Honeywell 등의 기업이 하드웨어 플랫폼에 앞장서고 있다. IonQ는 2015년 Duke대학의 김정상 교수, Christopher Monroe 교수에 의하여 창립되었고 현재 [[단일 큐비트 게이트]]를 총 79개의 큐비트에 대하여 최고 99.97% 이상의 충실도를 선보였다. 또한 양자 컴퓨팅의 핵심인 [[이중 큐비트 게이트]]의 경우 위 그림과 같이 총 11개의 큐비트에 대하여 99%에 가까운 충실도를 달성하여 세계적인 기록을 보유중이다. 또한 IonQ는 현재 32개 이온을 큐비트로 사용하여 4,000,000 이상의 [[양자 볼륨]]을 가지는 양자 컴퓨팅 하드웨어 개발을 계획 중이다.<ref>https://ionq.com/technology</ref> 또한 현재 개발된 하드웨어를 이용하여 [[아마존|AWS Bracket]]과 협력하여 [[클라우드 양자컴퓨팅|양자 컴퓨팅 클라우드]] 서비스를 제공 중이다. [[File:양자 기술백서_image93.png|thumb|500px|A photonic integrated ion trap]] Honeywell의 경우는 모델 H0를 시작으로 [[이온 트랩]] 양자 컴퓨팅 하드웨어 개발에 착수하였다. 하드웨어 모델 System Model H0의 경우 6개의 큐비트를 사용하는 반면, 가장 최근에 개발된 모델인 System Model H1은 10개의 계산용 큐비트를 사용하며 이는 128의 [[양자 볼륨]]을 가진다. 또한 이 모델의 경우 quantum charge coupled device(QCCD)를 활용하고 있어 확장성이 매우 용이하다는 장점을 가진다. [[단일 큐비트 게이트]]의 경우 99.97%이상, [[이중 큐비트 게이트]]의 경우 99.5% 이상의 충실도가 달성될 것으로 기대되고 있다. 또한 약 0.2%의 크로스토크 에러가 달성되었고, 이는 상업화된 양자 컴퓨팅 하드웨어 중 가장 낮게 측정된 것이다. 두 모델 모두 큐비트의 위상 결맞음 시간을 나타내는 T<sub>2</sub>는 수 초 정도로 달성되었다. 또한 Honeywell은 향후 10년간 System Model H2, H3, H4, H5를 거쳐 사용 가능한 큐비트의 수를 크게 확장하여 대규모 컴퓨팅 파워를 가지는 이온 트랩 양자 컴퓨팅 하드웨어 개발을 계획 중이다.<ref>https://www.honeywell.com/us/en/news/2020/10/get-to-know-honeywell-s-latest-quantum-computer-system-model-h1</ref> IonQ, Honeywell 등의 기업과 더불어 Maryland, MIT, Duke 등의 세계 유수의 대학에서도 이온 트랩 양자 컴퓨팅 하드웨어 개발이 활발히 이루어지고 있다. 대표적으로 많은 대학에서 레이저 등의 광학을 이온 트랩 칩에 합친 하드웨어 플랫폼 개발 연구가 이루어지고 있다. 기존의 이온 트랩 양자 컴퓨팅 하드웨어 플랫폼은 레이저를 자유 공간에서 이온에 조사하는 방식을 사용하고 있기 때문에, 이온의 수가 많아지거나 이온의 배열이 복잡해질 경우 각 이온의 개별적 조작이 힘들어 확장성이 제한된다는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 광섬유를 칩에 붙인 뒤, 칩의 도파로를 사용하여 이온에 레이저를 전달하는 방식이 제안되었고, 오른쪽 그림과 같이 MIT등의 대학에서 이를 이용한 하드웨어 개발이 진행중이다. <ref>H. Bernien ''et al., Probing many-body dynamics on a 51-atom quantum simulator'', Nature '''551''',579 (2017), https://doi.org/10.1038/nature24622 </ref><ref>S. De Léséleuc ''et al., Observation of a symmetry-protected topological phase of interacting bosons with Rydberg atoms'', Science '''365''', 775 (2019), DOI: 10.1126/science.aav9105 </ref><ref>I. Georgescu,''Trapped ion quantum computing turns 25'', Nature Reviews Physics '''2''',278 (2020), https://doi.org/10.1038/s42254-020-0189-1 </ref><ref>H. Levine ''et al., High-fidelity control and entanglement of rydberg-atom qubits'', Physical Review Letters '''121''',123603 (2018), https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.123603 </ref><ref>R. J. Niffenegger ''et al., Integrated multi-wavelength control of an ion qubit'', Nature '''586''', 538 (2020), https://doi.org/10.1038/s41586-020-2811-x </ref><ref>J. M. Pino ''et al., Demonstration of the QCCD trapped-ion quantum computer architecture'', Nature '''592''', 209 (2021), https://doi.org/10.1038/s41586-021-03318-4 </ref>
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