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서울대 전기정보공학부 초전도 응용 연구실-한국표준과학연구원 공동연구팀, 초전도 양자컴퓨터의 양자 신호 손실 저감 광대역 필터 개발

  • 작성자

    기획협력실

  • 등록일

    2024.01.26

  • 조회수

    266

서울대 전기정보공학부 초전도 응용 연구실-한국표준과학연구원 공동연구팀,

초전도 양자컴퓨터의 양자 신호 손실 저감 광대역 필터 개발

 

서울대학교 공과대학 전기정보공학부 초전도 응용 연구실(지도교수 한승용)은 한국표준과학연구원(단장 이용호)과 공동 연구를 통해 초전도 양자컴퓨터의 양자 신호 손실을 획기적으로 감소시킬 수 있는 광대역 필터를 발표하였다. 초전도 응용 연구실 박성현 연구원의 주도로 설계된 광대역 필터는 한국표준과학연구원 최가현 선임 연구원의 도움으로 제작 및 측정되었다. 

초전도 양자컴퓨터는 초전도체를 이용해 제작한 큐비트를 활용하여 양자 신호를 처리한다. 이러한 처리과정에서 발생하는 양자 신호 손실 문제를 극복하기 위해 기존에 제시되었던 양자 신호 필터는 크기가 크거나 (~20 mm2), 통과 대역폭이 좁거나(~200 MHz), 손실을 효과적으로 줄이지 못하는 점들이 큰 규모의 양자컴퓨터 개발에 공학적인 난제로 남아있었다. 한승용 교수 연구팀은 기존의 한계점들을 뛰어넘는 800 MHz 수준의 광대역 통과폭을 지닌 0.3 mm2 수준의 초소형 양자 신호 손실 방지 필터 개발에 성공했다. 

 

박성현1

그림 1. 기존 수십 mm2 크기의 필터를 500 μm x 580 μm (0.29 mm2)로 구현함과 동시에 광대역 통과폭과 효과적인 양자 신호 손실 방지 가능성 입증: (a) 필터 측정용 칩 및 확대된 필터 사진; (b) 필터의 주파수 응답 (S21) 측정 결과(빨간색 solid 선)를 통해 ~800 MHz 광대역 통과폭 확인; (c) 필터가 늘어남에 따라 (1개 초록색 dash, 2개 파란색 solid) 개선되는 큐비트 신호 수명. 

 

한승용 교수는 "본 논문에서 제시된 초소형 필터는 기존 초전도 양자컴퓨터 시스템에 다양하게 활용될 수 있으며, 다양한 디자인을 함께 제시하여 확장 가능한 범용 fault-tolerant 양자컴퓨팅 시스템 개발에 기여할 것으로 기대된다"고 밝혔다. 이번 연구 결과는 응용물리 분야 국제학술지인 Applied Physics Letters에 컴팩트한 디자인과 범용성을 높게 평가받으며 Editor’s Pick에 선정되며 게재되었다. 

 

SH Park, G Choi, G Kim, J Jo, B Lee, G Kim, K Park, Y-H Lee, S Hahn, “Characterization of Broadband Purcell Filters with Compact Footprint for Fast Multiplexed Superconducting Qubit Readout,” Applied Physics Letters, vol. 124, no. 4, p. 044003, 2024. [https://doi.org/10.1063/5.0182642]

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