초전도 큐비트 (Superconducting Qubit) 편집하기 (부분)

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== 큐비트 (Qubit)==

[[초전도 큐비트|초전도체를 이용한 양자 컴퓨터]]는 이미 여러 연구팀에서 실제 컴퓨터를 만들고 성능을 검증하고 있다. 구글은 2019년도말에 54개의 [[트랜스몬 큐비트]]를 이용한 [[시카모어]] 컴퓨터를 선보였다. 또한 [[IBM]]은 연구용의 65 큐비트 컴퓨터 humming bird를 연구자들에게 공개하고, 이후 2021년에는 127 큐비트의 eagle, 2022년에는 433 큐비트의 osprey, 2023년에는 1,121큐비트의 condor를 개발하겠다는 로드맵을 공개하였다.

초전도체를 이용하여 만들어지는 큐비트에는 크게 세가지의 분류가 있다. 현재는 [[초전도 큐비트 (Superconducting Qubit)#전하 큐비트 (Charge Qubit)|전하 큐비트(charge qubit)]], [[초전도 큐비트 (Superconducting Qubit)#자속 큐비트 (Flux Qubit)|자속 큐비트(flux qubit)]], [[초전도 큐비트 (Superconducting Qubit)#위상 큐비트 (Phase Qubit)|위상 큐비트(phase qubit)]]의 세 분류에서 뻗어져 나오는 여러 종류의 큐비트와 반도체, 그래핀을 이용하는 초전도 큐비트 등이 연구되고 있다.

=== 트랜스몬 큐비트 (Transmon Qubit) ===

[[File:기술백서 전체수정_86_trimmed.jpg|none|thumb|300px|그림 9. 트랜스몬 큐비트의 구조 참고문헌[<ref name="Rigetti2012">Rigetti, C. et al. Superconducting qubit in a waveguide cavity with a coherence time approaching 0.1 ms. Physical Review B '''86''', 100506, (2012) doi:10.1103/PhysRevB.86.100506.</ref>을 재구성함]]]
[[트랜스몬 큐비트]]는 전하 큐비트에 갈래축전기를 추가하여 성능을 향상시킨 큐비트다. 처음 발표된 전하 큐비트의 [[양자 센서#라비 측정 (Rabi Measurement)|풀림 시간]](T1)과 [[양자 센서#람지 측정(Ramsey Measurement)|위상 어긋남 시간]](T2)는 0.01 μs가 채 되지 않는 반면 초창기 트랜스몬 큐비트는 약 1.35 μs의 T1과 1.75 μs의 T2를 달성하였다.<ref name="Schreier2008">Schreier, J. A. et al. Suppressing charge noise decoherence in superconducting charge qubits. Physical Review B '''77''', (2008). doi:10.1103/physrevb.77.180502.</ref> 이후 꾸준한 연구로 트랜스몬 큐비트의 성능은 계속하여 발전하였다. 2011년에는 기존의 평면적인 공동에 비해 더 큰 모드 볼륨을 갖고 표면의 유전 손실에 덜 민감한 3차원 형태의 공동을 이용하여 약 60 μs의 T1과 18μs의 T2를 갖는 트랜스몬 큐비트가 발표되었다.<ref name="Paik2011">Paik, H. et al. Observation of High Coherence in Josephson Junction Qubits Measured in a Three-Dimensional Circuit QED Architecture. Physical Review Letters '''107''', 240501, (2011). doi:10.1103/PhysRevLett.107.240501.</ref> 또한 그 다음해인 2012년에는 T1과 T2가 각각 70 μs, 95 μs로 높아진 3차원 구조의 공동을 이용한 트랜스몬 큐비트가 발표되었다.<ref name="Rigetti2012"/> 2021년에는 탄탈륨 기반 갈래축전기와 2D 공진기를 이용해 T1과 T2가 각각 최대 0.3ms가 넘는 트랜스몬 큐비트가 발표되었다.<ref name="Place2021">Place, A. P. M. et al. New material platform for superconducting transmon qubits with coherence times exceeding 0.3 milliseconds. Nature Communications '''12''', (2021). doi:10.1038/s41467-021-22030-5.</ref>

=== 플럭소니움 큐비트 (Fluxonium Qubit) ===

[[File:기술백서 전체수정_87_trimmed.jpg|none|thumb|300px|그림 10. 플럭소니움 큐비트의 구조 <ref name="Manucharyan2009">Manucharyan Vladimir, E., Koch, J., Glazman Leonid, I. & Devoret Michel, H. Fluxonium: Single Cooper-Pair Circuit Free of Charge Offsets. Science '''326''', 113-116, (2009). doi:10.1126/science.1175552</ref>]]
플럭소니움 큐비트는 2009년 처음 발표된 [[큐비트]]로 기본적인 형태의 플럭스 큐비트의 쿠퍼쌍상자에 조셉슨 접합 배열을 붙인 형태이다.<ref name="Manucharyan2009"/> 플럭소니움 큐비트는 이 조셉슨 접합 배열을 통해 단일 쿠퍼쌍 양자 회로의 한계점이었던 인덕턴스와 상쇄전하노이즈 문제를 해결하였다. 이러한 구조와 3차원 공동을 이용하여 2014년 약 1ms에 달하는 높은 결맞음 시간을 갖는 플럭소니움 큐비트의 구현에 성공하기도 하였다.<ref name="Pop2014">Pop, I. M. et al. Coherent suppression of electromagnetic dissipation due to superconducting quasiparticles. Nature '''508''', 369-372, (2014). doi:10.1038/nature13017. </ref>

=== 게이트몬 큐비트 (Gatemon Qubit) ===

[[File:기술백서 전체수정_88_trimmed.jpg|none|thumb|300px|그림 11. 게이트몬 큐비트의 사진과 구조 [참고문헌<ref name="Larsen2015">Larsen, T. W. et al. Semiconductor-Nanowire-Based Superconducting Qubit. Physical Review Letters '''115''', 127001, (2015).doi:10.1103/PhysRevLett.115.127001. </ref>을 재구성함]]]
게이트몬 큐비트는 조셉슨 접합(Josephson junction)의 절연체 부분에 반도체를 이용하여 게이트 전압을 통해 조셉슨 에너지(Josephson energy)를 조절할 수 있는 큐비트이다. 초창기의 게이트몬 큐비트는 트랜스몬 큐비트에 있는 조셉슨 접합을 InAs 나노 와이어를 이용한 초전도체-반도체-초전도체 형태로 제작하였으며 [[결맞음]] 시간은 최대 0.86 μs를 기록하였다.<ref name="Larsen2015"/>

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