극저온 냉장고는 양자 컴퓨팅에 필수적인 초전도 큐비트를 차갑게 유지하는 데 필수적이다. 그러나 양자 컴퓨터를 확장하는 데는 상당한 과제가 있다.
미국 14개 기관이 에너지부 국가 양자 정보 과학 연구 센터 C2QA(Co-design Center for Quantum Advantage)를 통해 협력하여 ARQUIN(Architectures for Multinode Superconducting Quantum Computers) 프레임워크를 개발했다.
연구 결과는 ACM Transactions on Quantum Computing에 게재됐다.
Brookhaven National Laboratory와 MIT의 Michael DeMarco가 주도한 이 연구는 여러 컴퓨팅 “노드”를 통합 시스템으로 연결하는 것을 목표로 했다. 이 다중 노드 접근 방식은 양자 컴퓨터를 향상시킬 수 있지만, 문제는 극저온 냉장고로 큐비트를 차갑게 유지하는 것이다.
단일 냉장고 내에서 칩을 확장하는 것은 어렵고, 여러 냉장고에 노드를 연결하면 복잡성이 증가한다.
ARQUIN 팀에는 Pacific Northwest National Laboratory(PNNL), Brookhaven, MIT, IBM 등의 전문가가 포함됐다. PNNL의 Samuel Stein은 많은 양자 연구가 고립되어 시스템의 다른 부분이 어떻게 상호 작용하는지 파악하기 어렵다고 강조했다.
이를 해결하기 위해 팀은 문제를 여러 계층으로 나누어 각 기관이 전문 분야에 집중하도록 했다. IBM의 Mark Ritter는 프로젝트의 복잡성을 지적하면서 병목 현상을 파악하기 위해 기술과 시뮬레이션을 평가해야 한다고 말했다.
미래를 위한 로드맵
기능적인 다중 노드 양자 컴퓨터는 아직 만들어지지 않았지만 ARQUIN은 미래의 하드웨어 및 소프트웨어 설계를 위한 로드맵을 제공한다. 팀이 개발한 계층화된 시뮬레이션 환경은 분산 양자 컴퓨팅의 트레이드오프를 이해하는 데 필수적이다.
ARQUIN의 일부 소프트웨어는 이미 다른 프로젝트에 적용되고 있으며 많은 저자가 HetArch 프로젝트에 협력하여 초전도 양자 아키텍처를 더욱 탐구했다. 이 작업은 공동 설계 원칙을 적용하여 양자 컴퓨팅을 발전시키는 방법을 보여준다.
