UCL·NQCC 연구진, Quantinuum H2에서 QLDPC 블록 속 논리 큐비트 하나만 측정
한 프리프린트가 Quantinuum의 이온 트랩 프로세서 H2-2에서 QLDPC 수술을 구현해 블록 내 두 부호화 큐비트 중 하나만 읽고 나머지는 보존했다고 보고했다.
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여러 논리 큐비트를 하나의 블록에 담는 부호는 오류 내성 양자컴퓨팅의 하드웨어 비용을 줄일 수 있지만, 이는 부호화된 각 큐비트를 개별적으로 다룰 수 있을 때만 가능하다. 새로운 프리프린트가 바로 이 능력을 하드웨어에서 시험한 결과를 보고했다. University College London의 Surabhi Luthra와 영국 National Quantum Computing Centre(NQCC)의 Alex Owens는 Quantinuum의 이온 트랩 프로세서 H2-2를 이용해 2큐비트 부호 블록 안의 논리 큐비트 하나를 이웃 큐비트를 교란하지 않고 측정했다. 이 기법은 QLDPC 수술(QLDPC surgery)로 불린다.
발표 내용
논문 Individually Addressed Logical Pauli Measurements by QLDPC Surgery on a Trapped Ion Quantum Computer는 2026년 10월 28일 arXiv에 제출됐다. 저자들은 자신들이 아는 한 다중 큐비트 블록 안의 개별 논리 큐비트를 QLDPC 수술로 측정한 사례는 하드웨어에서 처음이라고 밝혔다. 이전의 수술 실험은 각각 논리 큐비트 하나만 담은 부호 블록에 격자 수술(lattice surgery)을 적용한 것이었다고 설명했다.
기술적 세부 사항
연구진은 양자 저밀도 패리티 검사(QLDPC) 부호 계열에 속하는 [[10,2,3]] 일반화 바이시클 부호를 사용해 논리 큐비트 2개를 물리 데이터 큐비트 10개에 부호화했다. 선택한 논리 연산자를 읽기 위해 부호 블록을 추가 큐비트로 구성된 보조 '가젯(gadget)'과 일시적으로 연결한다. 가젯에서 측정한 검사 결과가 목표 논리 연산자의 값을 알려 주며, 블록은 이후에도 부호 공간에 머문다. 따라서 이 측정은 부호화된 상태를 붕괴시키는 횡단(transversal) 판독과 달리 비파괴적이다.
논문에 따르면 결과는 다음과 같다.
- 가젯 큐비트 7개를 사용한 1회 수술로 첫 번째 논리 큐비트의 X 연산자를 오류율 0.72%로 측정했으며, 이후 오류 1.03%의 횡단 측정과 일치했다.
- 신드롬 추출 3회에 걸친 디코딩으로 가젯 측정 오류를 0.26% 미만으로 낮췄다.
- 측정 대상이 아닌 '관중' 논리 큐비트는 3회 측정 동안 0.21%의 오류로 보존됐고, 수술 후 신드롬은 블록이 부호 공간으로 돌아왔음을 확인했다.
- 같은 가젯 큐비트를 재사용해 첫 번째 논리 큐비트에서 X를, 이어 두 번째에서 Z를 측정한 결과 두 번째 측정의 오류는 1.12%였다.
저자들은 이 가젯 구성이 임의의 QLDPC 부호에 적용될 수 있으며, Pinnacle이라는 제안된 아키텍처의 처리 블록의 기반이 된다고 설명했다.
의미
논문은 표면 부호 기반 오류 내성에는 논리 큐비트 하나당 수백에서 수천 개의 물리 큐비트가 필요하다고 지적한다. QLDPC 부호는 블록마다 여러 논리 큐비트를 저장해 이 부담을 줄일 수 있지만, 최근접 이웃을 넘어서는 연결과 부호화된 각 큐비트를 개별 지정하는 방법이 필요하다. 비파괴적이고 개별 지정이 가능한 파울리 측정은 매직 상태(magic state) 공급과 결합하면 파울리 기반 계산이라 불리는 모델에서 범용 계산에 충분하다. 저자들은 이번 결과를 QLDPC 아키텍처가 의존하는 수술 기본 연산을 하드웨어에서 검증한 것이라고 설명했다.
주목할 점
이 연구는 동료 평가를 거치지 않은 프리프린트이며 거리 3의 작은 부호를 사용했다. 같은 가젯 방식이 더 크고 거리가 긴 부호에서도 유지될지, 완전한 논리 계산을 위해 매직 상태 공급과 어떻게 결합될지, 재구성 가능한 연결 대신 고정 연결을 갖춘 하드웨어가 합리적인 큐비트 비용으로 이를 지원할 수 있을지가 남은 과제다.
출처
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