양자 제어는 양자 컴퓨팅에서 큐비트를 안정적으로 제어하고 양자 상태의 정확한 전환과 측정을 가능하게 하는 핵심 기술이다. 양자 상태는 외부 간섭, 에너지 변화, 전하 잡음 등으로 쉽게 왜곡되며, 이는 연산 정확도를 크게 저하시킨다. 따라서 높은 충실도와 안정성을 유지하며 양자 게이트를 작동시키고, 복잡한 연산을 처리할 수 있도록 정밀하고 신뢰성 높은 제어 기술이 필수적이다.

기존의 양자 제어 방법인 선형 램프, π-펄스, 랜다우-제너 채널은 양자 상태 분리 및 측정 과정에서 물리적 한계에 부딪혔다. 특히, 급격한 에너지 변화와 외부 간섭이 양자 상태의 왜곡을 초래하고, 전하 잡음과 스핀-궤도 상호작용이 큐비트의 안정성과 정확성을 저하시켜 양자 컴퓨팅에 필요한 높은 충실도를 구현하는 데 어려움을 겪었다.

글로벌 홀로그램 서비스 기업 마이크로클라우드 홀로그램(MicroCloud Hologram, 이하 HOLO)이 이중 양자점(Quantum Dot, QD) 시스템에서 두 개의 중력 홀 스핀 큐비트를 통제할 수 있는 단열 구동 프로토콜을 개발했다.

단열 구동 프로토콜은 양자 컴퓨팅의 '양자 단열 정리'에 기반한 정밀한 에너지 제어 규칙으로, 복잡한 이중 QD 시스템에서 단열 과정에 따라 제어 경로를 설계해 두 중력 홀 스핀 큐비트를 고정밀 양자 상태 충실도로 상전이하는 과정에 적용되는 규칙이다.

이 접근 방식은 급격한 에너지 변화나 외부 방해로 인한 양자 상태 왜곡의 위험을 줄인다. 특히 스핀-궤도 상호작용을 통한 빠른 준 단열 구동은 큐비트 작동 과정에서 큐비트의 안정된 상태를 미세하고 지속적인 변동으로 깨뜨리는 전하 잡음을 억제한다.

또한 단열을 통해 큐비트 초기화에서 안정성을 보장한다. 온도 변동 및 약한 전자기 간섭과 같은 외부 불확실성에 직면해도 큐비트가 설정된 초기 상태로 정확하게 돌아갈 수 있다.

한편 HOLO는 단일 큐비트 및 2큐비트 게이트 작동을 성공적으로 개발 및 구현했으며, 특히 NOT, CNOT 및 SWAP 유사 게이트 작동에서 양자 상태 충실도를 99% 달성했다.

HOLO 관계자는 “단열 구동 프로토콜의 물리적 매개변수와 제어 과정을 지속적으로 최적화해 큐비트 제어를 향상하고, 양자 게이트의 기능적 경계를 확장하며 응용 시나리오를 확대할 것이다.”라고 전했다.