wonderlans

레이저 기반 양자 연산은 광자(Photon)를 정보 단위로 활용한다는 점에서 매우 매력적인 기술이다. 광자는 주변 환경과 약하게 상호작용하기 때문에 디코히어런스에 대해 상대적으로 강하며, 상온에서도 안정적으로 유지될 수 있다. 이러한 특성은 광자 기반 양자컴퓨터가 다른 플랫폼보다 실용화 가능성이 높다는 전망을 낳는다. 그러나 실제 시스템을 구현하려면 극복해야 할 물리적 한계가 존재하며, 특히 광자 손실(Photon Loss)과 코히어런스(Coherence) 제약은 구조적으로 해결해야 할 핵심 문제다.1. 광자 손실: 레이저 기반 양자 연산의 근본적 난제광자 손실은 광자 기반 양자 연산에서 가장 심각한 문제 중 하나로, 광자 큐비트가 연산 과정에서 사라지거나 감쇠되는 현상을 의미한다.1) 광자 손실이 왜 ..

양자 얽힘(Quantum Entanglement)은 양자 컴퓨팅과 양자 통신의 핵심 자원이다. 양자 얽힘을 멀리 떨어진 노드 간에 분배함으로써 양자 텔레포테이션, 양자 키 분배(QKD), 분산 양자 컴퓨팅 등이 가능하다. 그러나 실제 네트워크에서 얽힘을 분배하는 과정은 통신 채널의 물리적 한계에 의해 제약된다. 광자 기반 채널에서 발생하는 손실, 잡음, 디코히어런스는 얽힘 분배 속도와 신뢰도를 제한하며, 대규모 양자 네트워크 구축의 가장 큰 난제로 여겨진다.1. 얽힘 분배의 기본 원리양자 얽힘 분배는 일반적으로 다음 두 단계로 이루어진다.얽힘 생성(Entanglement Generation)소스에서 두 개의 광자 또는 큐비트가 얽힌 상태를 생성예: |Φ⁺⟩ = (|00⟩ + |11⟩)/√2얽힘 전달(En..

양자 오류 정정(Quantum Error Correction, QEC)은 물리 큐비트의 불가피한 오류를 억제하고 논리 큐비트의 신뢰성을 확보하는 핵심 기술이다. 그러나 QEC를 실제로 구현하는 과정에서는 측정 과정 자체에서 발생하는 오류(measurement error)가 중요한 문제로 작용한다. 단순히 물리적 큐비트 오류만 고려해서는 전체 시스템 안정성을 보장할 수 없으며, 이러한 측정 오류를 효과적으로 처리하기 위한 Decoding 전략이 필수적이다. 본 글에서는 측정 오류의 특성과, 이를 고려한 최신 QEC 디코딩 방법, 그리고 실용적 응용 사례를 체계적으로 설명한다.1. 측정 오류의 발생 원인과 특성양자 오류 정정에서는 안정자(stabilizer)를 주기적으로 측정하여 오류를 탐지한다. 하지만 측..

토폴로지 기반 양자 오류 정정(Topological Quantum Error Correction, TQEC)은 표면 코드(Surface Code)와 색코드(Color Code)를 중심으로 발전한 고급 양자 오류 정정 기술이다. TQEC의 핵심은 논리 큐비트(Logical Qubit)를 단순한 물리 큐비트 집합으로 구현하지 않고, 격자 내 결함(Defect) 또는 홀(Hole)을 이용해 위상학적 특성으로 보호하는 데 있다. 이러한 접근은 논리 큐비트가 국소적 오류(local error)에 강건하게 되고, 장거리 오류 전파를 막을 수 있다는 장점을 제공한다. 본 글에서는 결함 기반 논리 큐비트 생성, 토폴로지적 연산 구현, 결함 설계의 최적화와 관련 연구를 체계적으로 설명한다.1. 토폴로지 코드에서의 결함 ..

1. 서론: 안정적인 양자 메모리가 어려운 이유양자 컴퓨팅의 성능은 단순히 빠른 연산 능력에만 의존하지 않는다. 그보다 더 근본적으로 중요한 요소는 양자 상태를 장시간 유지할 수 있는 메모리 안정성이다. 그러나 물리적 큐비트는 열 노이즈, 전기적 플럭스 변동, 환경과의 상호작용에 지속적으로 노출되어 있어, 수 밀리초에서 수백 밀리초 이내에 coherence를 잃기 쉽다. 이러한 한계를 극복하기 위해 표면 코드 기반 오류 정정, LDPC 코드, 중첩된 측정 구조 등 여러 기술이 제안되었으나, 이들의 공통적 한계는 활성(active) 오류 정정이 지속적으로 요구된다는 점이다.이에 반해 Self-Correcting Quantum Memory(자가-정정 양자 메모리)는 외부 개입 없이도 일정 수준의 오류를 스스..

1. 서론: 고차원 오류 구조 분석의 필요성양자오류정정(QEC)은 측정된 신드롬을 기반으로 오류의 “가능한 원인”을 추론하여 원래의 논리 정보를 복원하는 과정이다.이 과정에서 핵심 역할을 하는 것이 양자 디코더(Quantum Decoder)이며, 디코더의 성능은 결국 오류 경로(error path)를 얼마나 정확하고 빠르게 파악할 수 있느냐에 의해 결정된다.기존 2D·3D 토폴로지 코드에서는 오류 경로 분석이 비교적 단순하게 이루어진다.하지만 4D 이상의 고차원 토폴로지 코드에서는 오류가 더 복잡한 고차원 셀(face, volume, hyper-volume)을 따라 확산되므로,디코더는 다층적이며 고차원적 구조를 분석해야 한다.이 글에서는 고차원 토폴로지 코드의 오류 경로 구조가 어떻게 형성되는지,그리고 ..

1. 서론: 두 패러다임의 만남이 갖는 의미양자오류정정(QEC)은 현실적인 양자컴퓨터 구현을 위한 핵심 구성 요소이며, 그 중심에는 토폴로지적 코드(Topological Codes)와 Quantum LDPC(Q-LDPC) 코드가 있다.토폴로지 코드는 높은 임계값(threshold)과 지역적 상호작용이라는 물리적 실현의 장점을 갖고 있으며, LDPC 코드는 논리 큐빗에 대한 저밀도 패리티 검사 구조를 통해 선형 증가하지 않는 거리와 낮은 측정 복잡도를 제공한다.최근 연구의 흐름은 이 두 가지 프레임워크를 결합함으로써,“높은 임계값 + 낮은 디코딩 복잡도 + 확장성”을 동시에 확보하려는 방향으로 움직이고 있다.이 글에서는 고차원(4D 이상) 토폴로지 코드가 가진 독특한 구조를 이용해 LDPC의 장점을 결합할..

토폴로지 기반 양자 오류 정정 코드(Topological Codes)는 물리적 큐비트에서 발생하는 국소적 오류를 억제하여 논리 큐비트(Logical Qubit)를 안정적으로 보호한다. 이러한 코드의 핵심 성능 지표 중 하나는 Threshold(임계 오류율)이다. Threshold는 “물리적 큐비트에서 발생하는 단일 오류율이 이 값을 넘지 않으면, 코드 거리를 증가시킬수록 논리 오류율을 임의로 낮출 수 있다”는 의미를 가진다. 이는 토폴로지 코드가 대규모 양자 컴퓨터에서 안정성을 확보할 수 있는 핵심 조건으로 작용한다. 본 글에서는 임계 오류율의 정의, 계산 방법, 그리고 실용적 의미를 체계적으로 설명한다.1. Threshold의 정의Threshold는 물리적 큐비트 오류율(p_phys)과 논리 큐비트 오..