Alice & Bob, Helium 2 12큐비트 프로세서에서 고양이 큐비트 비트 플립 수명 최장 252분 실험 달성

실험 설계와 단일 큐비트 결과

Alice & Bob 연구팀은 갈바닉 고양이(Galvanic Cat) 설계 기반의 단일 공동(cavity) 소자를 평균 광자 수 11개(⟨n⟩=11)로 구동하면서 61시간 연속 관측을 수행했다. 이 기간 동안 41건의 이산적 양자 점프 사건이 포착됐으며, 이를 통계 분석한 결과 평균 비트 플립 수명은 44분(95% 신뢰구간 33~60분)으로 산출됐다. 자기상관 분석과 베이지안 추론 모두 단일 지수 분포, 즉 마르코프 과정에 부합하는 포아송 통계를 확인했다.

Helium 2 12큐비트 프로세서 성능

다중 큐비트 환경에서는 성능이 오히려 향상됐다. 12큐비트 어레이인 Helium 2는 광자 수 1116개 범위에서 구동됐으며, 큐비트 1번 189분, 큐비트 8번 252분, 큐비트 12번 189분의 비트 플립 수명이 기록됐다. 이 수치들은 34시간대로, 단일 소자 대비 훨씬 긴 유휴 안정성을 보여준다.

위상 결맞음과 게이트 충실도

장시간 비트 플립 억제가 위상 결맞음을 저해하는지도 함께 검증됐다. 짝수 고양이 상태의 패리티 감쇠 측정을 통해 위상 플립 수명은 420 ns(단일 광자 T1=9.2 μs에 상응)로 확인됐다. Z축 회전 게이트는 공명 구동 방식으로 26.5 ns 내에 실행하면서 94.2%의 충실도를 달성했다. 두 지표 모두 비트 플립 억제 강화가 양자 결맞음을 손상시키지 않음을 보여준다.

오류 정정 아키텍처와의 연관성

Alice & Bob은 앞서 22,593개 물리 큐비트로 RSA-2048을 해독하는 이론적 시나리오를 제시한 바 있다. 그 모델은 비트 플립 수명 100년이라는 이상적 가정에 기반했으나, 현실적으로 1시간 수준의 비트 플립 오류를 거리-3(distance-3) 비트 플립 코드를 통한 연접(concatenation) 방식으로 교정하면 필요 큐비트 수가 약 45,000개로 증가한다는 추정도 함께 제시됐다. 이번 실험은 유휴 상태의 물리 소자가 그 연접 임계값 이내에서 실제 동작 가능함을 처음으로 실증했다는 점에서 의미를 갖는다.

남은 과제

현재까지의 성과는 모두 유휴(idle) 상태에서 얻어진 수치다. 실제 논리 오류 정정을 구현하려면 편향 보존 CNOT 게이트 등 두 큐비트 얽힘 연산 중에도 동일한 수준의 비트 플립 수명을 유지해야 한다. 게이트 동작 중 성능 확인이 다음 실증 목표로 남아 있으며, 이 결과에 따라 실용적 보손 양자 오류 정정의 타임라인도 달라질 전망이다.