양자 컴퓨팅 뉴스를 오래 따라가다 보면, 두 개의 잘 분리된 에너지 상태를 오갈 수 있는 양자 시스템이라면 무엇이든 큐비트로 사용될 수 있다는 생각이 들기 시작한다. 원자, 이온, 광자, 전자, 그리고 제조된 장치 모두 지지자가 있다. 지지자를 끌어들이는 핵심 요소 중 하나는 기술의 확장성이다. 복잡한 계산을 시작하려면 많은 고품질 큐비트가 필요하며, 어떤 기술이 그 목표에 도달할 수 있는지는 논쟁의 대상이다.

따라서 일부 기술이 수천 개의 큐비트를 지원할 수 있게 된 지금도, 일부 경쟁자들은 여전히 소수의 큐비트로 작업 중이다. 그 뒤에 있는 회사들은 자신들이 더 효과적으로 확장할 수 있는 잠재력을 가지고 있다고 확신한다.

그러한 기술 중 하나는 단일 전자를 가두는 양자점을 포함한다. 이들의 장점은 기존 프로세서를 만드는 데 사용하는 동일한 기술로 제조할 수 있다는 점이며, 이 접근 방식은 확장 가능함이 입증되었다. 이번 주에는 양자점을 사용하는 서로 다른 방법을 설명하는 두 편의 새로운 논문이 발표되었는데, 그중 하나는 IBM이 해당 기술을 개발한 회사를 인수할 정도로 매력적이었다. 별도로, 다른 회사는 다이아몬드 결함에 100개의 개별 전자를 가둔 프로세서를 공개했는데, 이 기술은 확장 가능할 것이라고 명백히 예측되지 않았던 것이다.

첫 번째 소식은 HRL 연구소라는 회사가 네이처에 발표한 논문에서 나왔다. HRL은 하워드 휴즈가 시작한 연구 프로그램의 후신이다. HRL은 제조된 양자점을 사용하는데, 이는 디스플레이에 사용되는 점과는 다른 기술이지만 동일한 물리 원리에 의존한다. 두 접근 방식 모두 전자의 파장보다 작은 영역에 전자를 가두는 구조를 사용한다. 디스플레이에서는 이를 통해 물질이 방출하는 파장을 제어할 수 있다.

큐비트의 경우, 트랩은 훨씬 작으며 단일 전자를 제자리에 고정하는 역할을 한다. 결정적으로, 이들은 제조 가능하다. 적절한 배선으로 전자기 상호작용을 통해 실리콘의 작은 패치에 단일 전자를 가둘 수 있다. 일단 가두면, 위, 아래 또는 중첩 상태가 될 수 있는 전자의 스핀을 큐비트로 사용할 수 있다. 이 기술은 쉽게 확장될 수 있지만(실리콘에 배선을 대규모로 넣는 데 매우 능숙함), 전자 스핀은 안정적으로 유지하기 어렵고 일반적으로 마이크로파로 제어되므로 별도의 제어 시스템이 필요하다.

하지만 '일반적으로'가 '항상'을 의미하는 것은 아니며, HRL은 다른 기술을 설명하고 있다. 이를 위해서는 각각 전자를 보유한 세 개의 별도 양자점이 필요하며, 주변 전자 장치가 이 세 전자의 스핀이 상호작용할 수 있는 정도를 제어한다. 이는 특정 조건에서 두 전자가 동일한 스핀을 가질 수 없기 때문에 중요하다. 이것이 원자 오비탈이 각 에너지 준위에 한 쌍(하나는 스핀 업, 다른 하나는 스핀 다운)만을 담는 방식으로 채워지는 이유를 설명한다. 상호작용을 가능하게 하면 스핀이 변경될 수 있다.

이런 종류의 큐비트에 연산을 수행하려면 어떤 전자가 상호작용하고 있는지, 그리고 어느 정도인지 제어하기만 하면 된다. 이는 전자적으로 제어되므로 마이크로파를 완전히 없앨 수 있다. 모든 것이 배선을 통해 처리되므로, 하드웨어를 절대 영도 근처로 유지하는 냉각 시스템에 많은 마이크로파 전송 케이블이 필요하지 않다.

HRL은 논문의 상당 부분을 제어 시스템 설명에 할애한다. 이 시스템은 중간 수준의 냉각에 위치하며, 저온 및 저전력 작동에 최적화된 기존 프로세서로 구성되어 130nm 공정으로 제조되었음에도 3.5와트 미만을 소비한다. 큐비트 작동 명령은 다른 곳에서 컴파일된 후 컨트롤러에 로드되며, 이후 자율적으로 작동한다. 큐비트가 있는 칩과의 통신은 초전도 리본 케이블로 처리된다.

HRL이 설명한 시스템은 18개의 큐비트를 가지고 있었으며, 회사는 간단한 오류 정정 코드를 실행하여 논리 오류율이 1% 미만임을 입증했다. 이는 다른 기술로 달성된 것보다 훨씬 낮지만, 중요한 검증이다.