위상 양자 컴퓨팅 (Topological Quantum Computing) 편집하기 (부분)

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= 개발 현황 =

2 + 1 차원에서 새로운 형태의 입자가 존재할 수 있다는 것이 그 입자가 실제로 존재한다는 것을 의미하지는 않는다. 나아가, 생성된 [[애니온]]을 braiding하고 측정하는 방법을 개발하는 것 또한 사소하지 않은 문제다.

위상 물질은 양자 상태의 특성에 따라 크게 두 가지 부류로 나뉠 수 있다.<ref name=Lahtinen>V. Lahtinen and J. K. Pachos, A Short Introduction to Topological Quantum Computation, SciPost Phys. '''3''', 021 (2017).</ref> 하나는 대칭-보호 토폴로지(symmetry-protected topological)상태이고, 다른 하나는 고유 위상론적 질서(intrinsic topological order)를 가지는 상태이다. 각 부류에 대한 상세한 설명을 하는 것은 방대한 작업이므로 생략하고, 각 부류에서 나타날 수 있는 애니온의 종류에 대해서만 간단하게 소개하도록 한다. 대칭-보호 토폴로지 상태는 상호작용이 없는 전자 시스템으로, 일반적으로 애니온이 발현되지 않지만, 결점(defect)이 존재할 경우에 애니온처럼 작용하는 영에너지 모드(zero energy mode)가 생성될 수 있다. 특히, 위상 초전도체의 마요라나(Majorana) 영에너지 모드는 비가환 애니온처럼 행동할 수 있다. 안타깝게도, 대칭-보호 토폴로지 기반의 애니온으로는 보호된 부분 공간에서 범용 게이트를 구현할 수 없어 보호되지 않은 연산을 함께 수행해야 한다. 이에 대조적으로 위상 물질이 고유 위상론적 질서를 가질 경우, 애니온이라 할 수 있는 준-입자들이 언제나 발현될 수 있고, 특정 부류에 대해서는 보편적인 양자 연산을 구현할 수도 있음이 알려져 있다. 이러한 위상 물질로는 분수 양자 홀 상태와 스핀 액체 등 강한 상호작용을 하는 전자 시스템을 들 수 있다.

위상 양자 컴퓨터를 구현하기 위한 연구를 진행한 기업은 [[마이크로소프트]]사이다. [[마이크로소프트]]는 대칭-보호 토폴로지 기반의 마요나라(Majornara) 영에너지 모드를 나노 와이어(nanowire)에 발현시켜 큐비트를 만드는 아키텍처를 채택하였다.<ref name=Das>S. D. Sarma, M. Freedman, and C. Nayak, Majorana zero modes and topological quantum computation, npj Quantum Information '''1''',1 (2015) doi:[https://doi.org/10.1038/npjqi.2015.1 10.1038/npjqi.2015.1].</ref> 자세한 내용은 인용된 논문에서 확인할 수 있다.

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