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양자컴퓨터의 진짜 핵심 부품은 손톱만 한 칩이지만, 이를 작동시키려면 우주보다도 차갑게 얼려야 한다.
우리가 사진에서 흔히 보는 거대한 금빛 장치는 컴퓨터가 아니라 이 작은 칩을 절대영도에 가깝게 식히는 초강력 냉장고다.
[사진=AI 생성 이미지]
양자컴퓨터는 왜 추위가 필요할까
일반 컴퓨터는 정보를 0 또는 1로 저장하지만, 양자컴퓨터의 ‘큐비트’는 0과 1의 성질을 동시에 가질 수 있다.
이 특별한 상태 덕분에 기존 컴퓨터로는 어려운 계산을 빠르게 처리할 가능성을 갖는다.
문제는 큐비트가 극도로 예민하다는 것이다. 아주 작은 열이나 진동만 들어와도 양자 상태가 흐트러져 저장하던 정보를 잃을 수 있다.
쉽게 말해 살짝만 건드려도 무너지는 아주 정교한 균형 위에 서 있는 셈이다.
열은 물질 속 입자들이 끊임없이 움직이는 에너지다. 따라서 온도를 최대한 낮추면 이런 움직임도 줄어들고, 큐비트가 방해받을 가능성도 크게 낮아진다.
실제 초전도 방식의 컴퓨터는 절대영도보다 약 0.01~0.015도 높은 온도에서 작동한다.
반면 은하 사이의 텅 빈 우주도 빅뱅이 남긴 희미한 빛 때문에 약 영하 270도, 즉 절대온도 2.7도 정도다.
양자컴퓨터 내부가 깊은 우주보다 수백 배 더 차가운 이유다.
거대한 금빛 장치의 정체는 냉장고
[사진=AI 생성 이미지]
이렇게 낮은 온도에서는 양자칩의 금속이 전기 저항이 사라지는 ‘초전도’ 상태가 된다. 큐비트가 제대로 작동하려면 열을 막는 것뿐 아니라 이 초전도 상태도 유지해야 한다.
이를 위해 사용하는 장치가 ‘희석 냉동기’다.
여러 층으로 이루어진 금빛 구조물을 내려갈수록 온도가 계속 떨어지며, 가장 아래에 있는 양자칩은 절대영도 바로 위까지 냉각된다.
하지만 양자컴퓨터가 커질수록 문제가 어려워진다. 큐비트를 조종하고 정보를 읽으려면 수많은 선을 연결해야 하는데, 이 선을 따라 외부의 열도 들어올 수 있기 때문이다.
더 강력한 양자컴퓨터를 만드는 일은 단순히 큐비트를 많이 넣는 문제가 아니다.
수천 개의 큐비트를 우주보다 차가운 상태로 동시에 유지하는 것이 미래 양자컴퓨터의 가장 큰 숙제 가운데 하나다.
양자컴퓨터, 이제 초저온 냉동장치 없이 가능해질까
출처: ScienceABC
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