양자 난제: 소음 탐색 및 전문성 강화

양자 세계의 고유한 속성을 이용한 농담이 있습니다. “이 세상에는 세 가지 유형의 사람이 있습니다. 양자 컴퓨팅을 이해하는 사람, 양자 컴퓨팅을 이해하지 못하는 사람, 이해하면서도 이해하지 못하는 사람입니다. 양자 컴퓨팅.” 농담은 제쳐두고 Weiwen Jiang은 양자 컴퓨팅이 널리 사용되는 세상을 보고 있습니다. 그는 국립과학재단(NSF)의 새로운 자금 지원을 받아 그 목표를 향한 발걸음을 내딛고 있습니다.

George Mason University 전기 및 컴퓨터 공학과의 조교수인 Jiang은 이러한 복잡한 장치 개발과 미래의 양자 인력 구축을 위한 작업을 위해 최근 수여된 두 개의 NSF 프로젝트(총 900,000달러 상당)를 이끌고 있습니다.

양자 컴퓨터는 양자 역학 요소를 사용하여 계산을 수행하므로 훨씬 더 빠르게 작동하고 더 많은 데이터를 처리할 수 있다는 점에서 기존 컴퓨터와 다릅니다. IBM과 Google이 최고의 제조업체 중 하나로 사용되는 운영 양자 컴퓨터가 여러 개 있지만 현재 약속된 잠재력과는 거리가 멀고 아직 대규모 계산을 예측할 수 없습니다.

Jiang은 한 가지 중요한 문제는 "그들은 '안정적'이 아니다"라고 말했다. 우리는 이를 계산에 사용할 수 있지만 오늘은 하나의 답을 얻었지만 내일은 완전히 다른 답을 얻을 수도 있습니다.”

양자 장치는 특히 우주선, 지구 자기장의 변화, 방사선, 심지어 모바일 Wi-Fi 신호와 같은 "잡음"에 취약한 것으로 악명 높습니다. 소음은 장치의 불안정성에 영향을 미칩니다.

600,000달러의 공동 보조금은 변동하는 소음에 적응하여 양자 장치의 애플리케이션 성능을 향상시키는 어댑터를 개발하는 Jiang과 켄트 주립 대학의 공동 작업자의 작업에 자금을 지원할 것입니다. Jiang은 최근 Oak Ridge National Lab에서 열린 행사에서 "불안정한 양자 장치에서 양자 응용 프로그램의 견고성을 향상시키는 시스템 수준 최적화"로 최우수 포스터 상을 수상하면서 이 주제에 대해 잘 알고 있습니다.

Jiang의 예비 작업에 따르면 양자 응용 프로그램의 배포는 다음과 같은 여러 가지 과제에 직면해 있습니다. 지속 가능성 - 하나의 양자 프로세서에서 대부분의 양자 응용 프로그램은 양자 잡음의 시간적 변화에 민감합니다. 이식성 - 특정 속성을 가진 서로 다른 양자 프로세서(동일한 공급업체라도)는 모델 불확실성의 변화로 이어집니다. 투명성 - 시각화 도구가 부족하면 사용자가 더 높은 신뢰성을 위해 양자 응용 프로그램을 양자 컴퓨터에 맞게 조정하지 못할 수 있습니다. NSF 프로젝트는 이러한 과제에 대응하여 체계적으로 솔루션을 제공할 것입니다.

Jiang은 양자 컴퓨팅의 미래에 대해 낙관적입니다. “매년 우리는 많은 획기적인 발전을 봅니다. 불과 몇 달 전 IBM은 소음 감소에 관한 논문을 발표했습니다. 그리고 매년 양자 컴퓨터의 큐비트 수가 2000년의 5개에서 IBM의 새 컴퓨터에서는 400개 이상으로 증가하는 것을 볼 수 있습니다.” (큐비트는 전통적인 컴퓨팅의 1과 0과 마찬가지로 양자 컴퓨팅에 사용되는 기본 정보 단위입니다.)

Jiang이 과학 대학의 공동 작업자인 Mingzhen Tian 및 Jessica Rosenberg와 공유하는 또 다른 보조금은 양자 인력 파이프라인을 강화하기 위해 NSF에서 300,000달러를 제공합니다. 보조금은 "엔드 투 엔드 양자 시스템 통합 교육 프로그램"을 위한 것입니다. 교수진은 Mason에서 새로운 과정을 개발하고 있으며, 9월 양자 컴퓨팅에 관한 IEEE 국제 컨퍼런스(Jiang이 양자 시스템 트랙 공동 의장을 맡고 있음)에서 워크숍을 조직하고, 국제 컨퍼런스에서 튜토리얼을 진행하고 있습니다. 최근 Rosenberg가 이끄는 팀은 Mason에서 고등학생을 위한 여름 몰입 프로그램을 조직했습니다. 또한 앞으로 몇 달 동안 Jiang은 DC 지역의 다양한 소수민족 봉사 기관에서 세미나를 진행할 예정입니다.

Jiang은 양자 교육을 받은 엔지니어를 위한 기회가 강력하고 성장하고 있다고 말했습니다. “예를 들어 저는 Leidos 및 MITRE와 현지에서 협력하고 있으며 그들은 이 분야에 필요한 것을 가지고 있습니다. 또한 우리는 양자가 금융부터 신약 발견, 기계 학습 및 그 이상에 이르기까지 모든 분야에서 변화를 가져올 것이라는 것을 알고 있습니다.”