공장 현장용 양자 컴퓨팅

양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터로는 처리할 수 없는 문제를 해결할 수 있는 가능성을 지니고 있습니다.이론적으로.그러나 실제로는 매우 섬세합니다. 지나가는 트럭이나 에어컨에서 갑자기 윙윙 거리는 소리, 심지어 인접한 방의 조명이 켜지는 경우에도 시스템이 환경 변화에 민감하게 반응할 수 있습니다.이것이 바로 이러한 장치가 지금까지 중환자실 환자처럼 보호되는 고도로 전문화된 실험실에서만 사용되어 온 이유입니다.양자 컴퓨터를 생산적인 환경에 통합하려는 기업에게 이는 중대한 과제입니다.

힐라 사피는 동료들과 함께 이 문제에 대한 획기적인 해결책을 개척하여 “박사” 부문에서 2025년 올해의 발명가 상을 수상했습니다.그들의 혁신은 디지털 트윈 양자 컴퓨터가 어떻게 작동하고 일반적인 산업 환경에 통합되는지 정확하게 시뮬레이션하도록 설계되었습니다.“이 디지털 트윈을 사용하면 실제 환경에서 양자 컴퓨터를 안전하고 안정적이며 안정적으로 작동할 수 있습니다.” 라고 레겐스부르크 응용 과학 대학의 박사 과정 후보자는 설명합니다.

문제: 현실 세계에 비해 너무 민감합니다.

양자 컴퓨터가 의존하는 요소 큐비트 — 정보의 기본 양자 역학 단위.큐비트는 정보 전달자 역할을 하며 중첩 및 얽힘과 같은 양자 현상을 활용하는 물리적 시스템의 상태를 나타냅니다.

이러한 물리적 상태는 매우 취약합니다.전자기장이나 실내 구조의 미묘한 변화와 같은 최소한의 장애도 계산을 손상시킬 수 있습니다.이러한 요소는 통제된 실험실 환경에서 관리할 수 있지만 공장 현장에서는 상당한 문제를 야기합니다.

“양자 컴퓨터의 안정적인 작동은 주변 환경에 따라 크게 달라집니다.” 라고 Safi는 설명합니다.“작은 진동이나 온도 변화도 오류를 일으킬 수 있기 때문에 이러한 영향을 초기에 시뮬레이션하고 이해하는 것이 매우 중요합니다.”지금까지 업계에서는 양자 시스템이 충분히 신뢰할 수 있다고 생각하지 않았습니다.강력하고 예측 가능한 결과가 없으면 비즈니스에서의 사용은 너무 위험합니다.어디에 배치할지, 얼마나 안정적인지, 전반적인 유용성에 대한 질문이 많기 때문에 기업은 투자 여부와 장소를 결정하기가 어렵습니다.

해결책: 먼저 시뮬레이션한 다음 설치

이것이 바로 Safi의 혁신적인 디지털 트윈이 혁신을 제공하는 곳입니다.물리적으로 설치하기 전에 양자 컴퓨터와 의도한 운영 환경을 가상으로 복제합니다.이 모델은 환경 센서의 데이터, 오류 통계 및 잠재적 간섭원 시뮬레이션을 알려진 하드웨어 특성과 통합합니다.

이러한 사전 예방적 접근 방식을 통해 중요한 질문에 미리 답할 수 있습니다. 양자 컴퓨터가 산업 환경에서 효과적으로 작동할 수 있을까요?어떤 유형의 오류가 예상됩니까?컴퓨팅 품질을 얼마나 크게 떨어뜨릴까요?그리고 시스템을 안정화하려면 향상된 차폐, 대체 배치 또는 적응형 보정과 같은 어떤 조치가 필요할까요?

예를 들어 운송 로봇이 사용되고 제조 공장에서 진동이 발생하고 전력선이 전자파 간섭장을 생성하는 생산 홀을 예로 들어 보겠습니다.디지털 트윈은 이러한 요소가 큐비트 안정성에 미치는 정확한 영향을 시뮬레이션하여 오류율이 허용될 수 있는 부분과 결정적으로 그렇지 않은 부분을 보여줍니다.또한 트윈은 작동 중에도 활성 상태를 유지합니다. 구조적 변경이나 새 기계의 도입으로 인해 환경이 바뀌면 센서가 이러한 변화를 감지하고 잠재적 영향을 평가합니다.

이점: 예측 가능한 양자 컴퓨팅

디지털 트윈 덕분에 기업은 마침내 산업용 양자 컴퓨팅에 대한 결정을 내리는 데 도움이 되는 신뢰할 수 있는 데이터를 갖게 되었습니다.이제 많은 돈을 투자하기 전에 위험을 충분히 평가하고 시스템이 안정적으로 작동하는 데 필요한 것이 무엇인지 명확하게 이해할 수 있습니다.

Safi는 이렇게 설명합니다. “제 연구에서는 전통적인 방법으로는 다루기 어렵거나 매우 비효율적인 복잡한 최적화와 산업 문제를 해결하기 위한 양자 알고리즘과 하드웨어의 공동 개발을 탐구합니다.여기에는 양자 컴퓨팅에 특별히 적합한 문제 클래스를 식별하고 효율적인 모델링 접근 방식을 개발하는 것이 포함됩니다.”

그녀의 디지털 트윈은 이론적 연구와 실제 적용 사이의 중요한 격차를 효과적으로 해소합니다.양자 컴퓨터가 전문 실험실을 벗어나 실제 산업 환경으로 성공적으로 전환하려면 우리가 매일 사용하는 IT 시스템과 마찬가지로 안정적이고 확장 가능하며 신뢰할 수 있어야 합니다.