결맞음 시간

결맞음 시간 (Coherence Time)

(1) 직관적 비유

팽이를 세워 돌릴 때, 처음에는 정확한 축으로 회전하지만 시간이 지나면 공기 저항과 마찰로 인해 흔들리다 쓰러진다. 양자비트(큐비트)도 마찬가지다. 처음에 정교하게 준비된 중첩 상태는 주변 환경(열잡음, 전자기 간섭 등)과 얽히면서 점차 '고전적' 상태로 붕괴한다. 결맞음 시간은 이 '쓰러지기까지의 시간'에 해당한다.

(2) 엄밀한 정의

밀도 행렬 $\rho (t)$의 비대각 성분(코히런스)이 $1/e$ 수준으로 감쇠하는 데 걸리는 시간 $T_2$로 정의한다. 흔히 $T_1$(에너지 완화 시간)과 구별되며, 순수 위상 잡음(pure dephasing)까지 포함하면 $$\frac{1}{T_2}=\frac{1}{2T_1}+\frac{1}{T_{\varphi }}$$ 로 표현된다. 여기서 $T_{\varphi }$는 순수 위상 감쇠 시간이다.

(3) 중요성·응용

결맞음 시간은 양자컴퓨터의 핵심 성능 지표다. 게이트 연산 시간 대비 결맞음 시간의 비율이 클수록 오류 없이 수행 가능한 연산 수가 늘어난다. 초전도 큐비트는 수십~수백 마이크로초, 이온 트랩은 수 초 이상의 결맞음 시간을 달성하고 있으며, 양자 오류 정정 코드를 적용하면 논리 큐비트의 유효 결맞음 시간을 대폭 연장할 수 있다.