초창기 초전도 큐비트는 그 형태에 따라 크게
1. 전하 큐비트(Charge qubit)
2. 자속 큐비트(Flux qubit)
3. 위상 큐비트(Phase qubit)
세 가지 종류로 분류 되었다.
전하 큐비트 (Charge Qubit)
전하 큐비트는 축전기와 조셉슨 접합의 한 단자로 이루어져 있다.
초전도 섬(일종의 도체 작은 조각)에 저장된 초전도 전하 (쿠퍼 쌍, Cooper Pair)의 수를 기반으로
양자 정보를 저장하고 조작하는 큐비트다.
정보 분류 방법
| 0상태 | Cooper pair 0개 |
| 1상태 | Cooper pair 1개 |
전하 큐비트의 원리
- 초전도 섬(Superconducting Island) : 쿠퍼 쌍이 저장될 수 있는 제한된 공간
- 조셉슨 접합(Josephson Junction) : 두 초전도체 사이에 얇은 절연층은 둔 구조로, 양자 터널링을 통해 전류가 흐를 수 있다.
- 게이트 전압(Gate Voltage) 적용 : 전기장을 조절하여 초전도 섬에 전자를 추가하거나 제거하여 양자 상태를 형성한다.
| 장점 | 1. 큐비트 상태가 전기적으로 조작 가능하므로 빠른 게이트 연산이 가능하다. 2. 소형 집적이 가능하여 많은 큐비트를 집적할 수 있다. |
| 단점 | 1. 정전기적 노이즈(Electrostatic Noise)에 취약하여 코히어런스 시간이 짧다. 2. 주변 환경의 작은 변화에도 영향을 받아 양자 정보가 쉽게 손실된다. |
자속 큐비트 (Flux Qubit)
초전도 루프(Superconducting Loop) 내에서 자기장을 조절하여 양자 정보를 저장하고 조작하는 초전도 큐비트
구성 : 초전도 루프 + 조셉슨 접합
| 1상태 | 전류가 반시계 방향으로 흐름 |
| 0상태 | 전류가 시계 방향으로 흐름 |
조셉슨 접합(Josephson Junction)의 역할
1. 양자 터널링이 가능하여 두 전류 상태가 중첩될 수 있다.
2. 양자 결맞음(Superposition)을 형성한다. => 큐빗 연산이 가능해진다.