재료의 전자 및 전자기장을 위한 양자 시뮬레이터

MIT 연구원들은 초전도 양자 프로세서에서 합성 전자기장을 생성하는 방법을 발견했다. 이를 통해 전자가 물질에서 어떻게 움직이는지 시뮬레이션하는 더 나은 방법이 열린다.

연구원들은 16개의 큐비트로 구성된 양자 프로세서 내부에 합성 자기장을 생성했다. 합성 자기장은 계산 내부에 존재하며 "실제"가 아니다. 그러나 자연 속의 자기장과 같이 작용한다.

합성 자기장을 통해 연구원들은 실제 자기장이 있다면 전자가 어떻게 행동할지 연구할 수 있다. 이는 물질 속의 전자가 자기장의 영향을 받을 때 고유한 방식으로 움직일 수 있기 때문에 중요하다. 전자가 자기장에 반응하면 물질이 전기를 전도하거나 금속에서 절연체로 바뀌는 방식이 바뀔 수 있다.

연구원들은 큐비트가 서로 상호 작용하는 방식을 제어함으로써 전자가 물질에서 한 원자에서 다른 원자로 어떻게 점프하는지 시뮬레이션할 수 있다. 그들은 큐비트의 에너지 레벨, 큐비트가 서로 통신하는 방식, 큐비트를 제어하는 ​​데 사용되는 마이크로파의 주파수를 조정할 수 있다.

연구자들은 Nature Physics에 게재된 논문에서 이 연구의 방법과 결과를 설명했다.

더 나은 재료 물리학 시뮬레이션

양자 프로세서는 대규모 양자 컴퓨터가 아니라 재료 내 전자의 행동을 모방하도록 설계된 더 작은 시스템이다.

연구자들은 큐비트의 행동이 전자기학의 기본 규칙을 모방하여 시뮬레이션된 합성 자기장이 실제 자기장처럼 작동한다는 것을 확인했다.

재료 내 전자의 행동을 더 잘 이해하면 더 빠르게 또는 더 적은 에너지로 작동하는 전자 장치를 만드는 새로운 재료를 찾을 수 있다. 컴퓨터나 휴대전화와 같은 전자 장치는 이 미시적 수준에서 재료를 제어하는 ​​방법을 배우면 훨씬 더 효율적이 될 수 있다.

이 연구 작업은 작은 양자 시뮬레이터가 제어된 방식으로 재료 특성을 연구하는 데 매우 효과적일 수 있음을 보여준다. 재료 과학에서 새로운 가능성을 탐구하는 데 도움이 되어 전자 및 에너지 기술의 획기적인 발전으로 이어질 수 있다.

연구원 일란 로젠(Ilan Rosen)은 MIT 보도 자료에서 "우리 연구를 통해 재료 과학자들을 사로잡은 풍부한 물리학을 훨씬 더 많이 시뮬레이션할 수 있다."라고 말했다. "우리는 미래에 매우 흥미로운 위치에 있다."