정보 처리를 위한 결합 방법 및 정보 처리를 위한 아키텍쳐 document_id A220623052588

1982년 리차드 파인만(Richard Feynman)은 제어가능한 양자 시스템 (controllable quantum system)이 종래 컴퓨터보다 더 효율적인 다른 양자 시스템들을 모사동작할 수 있을 것이라고 예상했다. 본 출원에서는"파인만"의 논문(International Journal of Theoretical Physics21, 1982, pp. 467~488)을 참고문헌으로서 인용한다. 이러한 제어가능한 양자 시스템은, 현재는 일반적으로, 양자 컴퓨터(quantum computer)로 불리고 있다. 아울러 양자 시스템들을 모의 동작시키거나 특화 양자 알고리즘들(specialized quantum algorithms)을 운용할 수 있는 범용 양자 컴퓨터(general purpose quantum computer)를 개발하는 데에 힘쓰고 있다. 특히, 양자 시스템의 동작을 위한 모델을 해석하는 일은 일반적으로 해밀톤 양자계 (Hamiltonian of the quantum system)와 관련된 미분방정식을 푸는 것을 의미한다. 데이비드 더치(David Deutsch)는 양자 시스템은 전산을 수행할 때 시간 절약 (나중에 지수함수로 시간을 절약된다는 것을 설명할 것이지만)을 할 수 있다고 내다봤다. 어떠한 문제가, 해밀톤 양자계를 표현하는 방정식의 형식으로 되어 있으면, 그 양자계는 해법들(solutions)에 대한 정보를 그 방정식에 제공할 수 있도록 작용(behavior)한다. 본 출원에서는 도이치(Deutsch)의 논문(Proceedings of the Royal Society of London A 400, 1985, pp. 97117)에 기재된 내용을 참고문헌으로서 인용한다. 양자 전산 기술에서 한 가지 제한적인 문제는 양자 전산(quantum computation)을 지원할 수 있는 시스템들을 식별하는 것에 있다. 양자 전산을 수행하는 기초단위(basis)는구성단위(unit)로서, 이 다음부터는 그 구성단위(unit)은 정보소자(information device)라는 용어를 쓰기로 한다. 이러한 정보소자는 여러 가지로 구현될 수 있지만 몇 가지 필요조건을 갖추어야만 한다. 그 중 한가지 필요조건은 정보소자가 양자 이준위 시스템 (quantum two-level system)으로 나뉘어질(reducible) 수 있어야만 한다는 것이다. 이는 전산을 위하여 이용될 수 있는, 두 개로 구분될 수 있는 양자 상태를 가질 수 있어야만 한다는 것을 의미한다. 아울러 정보소자는, 얽힘(entanglement)과 중첩(superposition)과 같은, 양자효과(quantum effects)를 형성할 수 있어야만 한다. 일반적으로, 정보소자에 저장된 양자정보(quantum information)는, 반드시 필요하지는 않지만, 결맞은(coherent) 상태가 될 수 있다. 결맞음(coherency)을 갖는 소자는 심각한 열화(degradation)없이 긴 시간 동안 마이크로 초 (microseconds) 차수 또는 그 이상의 차수를 유지하는 양자상태(quantum state)를 갖는다. 큐비트(qubit)는 정보소자의 비 제한적인 예(non-limiting example)로서, 양자비트(quantum bit)로부터 생긴 용어이다. 큐비트(qubit)는 종래 컴퓨터 (디지털 컴퓨터)의 비트(bit)와 비슷하고, 결맞음(coherence)을 필요로 하는, 일종의 정보소자이다. 결맞음을 상실한 상태를 결어긋남 (decoherence)이라고 부르기로 한다. 양자 컴퓨터의 계산력은 그 기초 빌딩 블록들(basic building blocks; 정보소자들)이 제어가능한 방식으로 서로 결합됨으로써 증가한다. 즉, 하나의 정보소자의 양자상태가, 그 정보소자가 결합된 정보소자들의 각각의 양자상태에 영향을 줄 정도로 결합한다. 이와 같은 결합 형식(form)은 얽힘(entanglement)라고 부르기로 한다. 양자 전산 기술이 갖는 또 다른 문제점은, 결어긋남을 갖는 유효한 소스를 이용하지 않고, 정보소자들의 상태들을 제어가능하게 얽히게 하는 방법을 식별해야 하는 데에 있다. 1. 양자전산을 위한 접근법 양자 컴퓨터를 설계하고 동작시키기 위해 여러 가지 일반적인 접근법들이 쓰이고 있다. 그 중에 지금까지 알려진 방법은 회로 모델 양자 전산법(circuit model quantum computing)이 있다. 회로 모델 양자 전산법은 긴 양자 결맞음(long quantum coherence) 조건을 필요로 한다. 회로 모델 양자 전산법을 지원하기 위해 양자 컴퓨터에 이용되는 정보소자의 형태(type)는 큐비트 (qubit)들이고, 이들은 정의된 대로 이상적이지만 긴 결맞음 배수 (long coherence times)를 가져야만 한다. 큐비트들이 비트와 같이 논리 게이트에서 동작할 수 있고 계산(calculations)하기 위하여 양자 로직(quantum logic)을 바탕으로 프로그램될 수 있다는 가정(premise)를 바탕으로, 회로 모델 양자 전산법은 성립한다. 양자 논리 함수들(quantum logic functions)을 연산하기 위해 프로그램될 수 있는 큐비트들을 발전시키는 연구가 진행되고 있다. 예를 들면 이와 같은 연구에 대한 논문은 쇼어 (Shor)의 논문(arXiv.org:quant-ph/0005003, 2001) 에 기재되어 있고, 본 출원은 이를 참고문헌으로서 인용한다. 그렇지만, 큐비트로 저장된 정보가 사라지기 전에 많은 계산이 수행될 수 있도록 큐비트의 결어긋남을 줄이는 과제는 이 기술 분야에서 아직까지 성공적으로 달성되지 않았다. "최적의 양자 전산법(optimization quantum computing)"이라고 불리는, 양자 전산법에 대한 또 다른 접근법은 양자 시스템에 흥미를 일으키는 정보소자들로 이루어진 소정의 시스템의 용도와 관련이 있다. 이 접근법은 양자 게이트 및 회로의 용도를 임계상태로 하지 않는다. 대신에, 이 접근법은 최종 상태가 해당하는 해밀톤 물리계를 표현하도록, 소정의 주어진 초기 헤밀토니안으로부터 시작하는 정보소자들을 상호작용시키는 시스템의 상태를 조작하기 위한 양자효과(quantum effect)를 바탕으로 이루어진다. 이 과정에서, 양자 결맞음은 필요조건이 아니고, 그에 따라 큐비트가 아닌, 일반적인 정보소자들이 전산 빌딩 블록들(computational building blocks)로서 사용될 수 있다. 이와 같은 형식의 접근법은 단열 양자 전산(adiabatic quantum computing) 및 모사 모사 어닐닝 (simulated annealing)을 예로 들 수 있고, 이에 대한 내용은 파하이(Farhi)등의 논문(arXiv.org:quant-ph/0201031,2002)의 에 기재되어 있으며, 본 출원에서는 이를 참고문헌으로서 인용한다. 2. 큐비트 앞서 설명한 것과 같이, 하나의 가능한 정보소자는 큐비트 (qubit; 양자 비트(quantum bit))가 된다. 종래 컴퓨터에서 쓰이는 디지털 비트(digital bit)와 비슷한 개념의 큐비트는 그 디지털 비트보다 훨씬 더 전산 잠재력을 가지고 있다. 디지털 비트는 "0"과 "1"의 두가지의 이산 상태(discrete states)를 가지고 그 중에 어느 하나의 상태가 코딩되기 위해 쓰이지만, 큐비트는 "0"과 "1"의 중첩된 상태도 가질 수 있다. 즉, 큐비트는 같은 시점에 "0"과 "1"의 두 상태에 존재할 수 있고, 그래서 동시에 이 두 상태에서 양자전산(quantum computation)을 수행할 수 있다. 일반적으로, N개의 큐비트들은 2N 상태의 중첩상태를 가질 수 있다. 양자 알고리즘은 전산(computation)의 속도를 증가시키는 중첩 특성을 이용한다. 표준 기호로서, 하나의 큐비트의 기본 상태들(basis state)은 |0〉의 상태와 |1〉의 상태로 나타낸다. 양자 전산을 수행하는 동안, 하나의 큐비트 상태는, 일반적으로, 큐비트가 |0〉의 기본 상태를 점유할 영이 아닌 확률(non-zero probability)과 동시에 |1〉의 기본 상태를 점유할 영이 아닌 확률을 갖도록, 기본 상태들의 중첩(a superposition of basis states)으로 나타낸다. 수학적으로, 기본 상태들의 중첩은 큐비트의 전체 상태 (|Ψ〉로 표시함)는 의 형식으로 표현되는 것을 의미한다. 여기서, a와 b는 확률 |a|2 와 |b|2 에 각각 대응하는 계수이다. 이러한 계수들(a 와 b)은 각각 실수 성분과 허수 성분을 갖고, 이들에 의해 큐비트의 위상이 그 특성을 나타내도록 한다. 하나의 큐비트의 양자 본성 (quantum nature)은, 기본 상태들의 결맞은 중첩에서 존재하는 그 능력(ability)로부터 도출되고, 또한 하나의 위상을 갖도록 그 큐비트의 상태를 위하여 도출된다. 하나의 큐비트는, 그 큐비트가 결어긋남 소스들로부터 충분하게 격리될 때, 기본 상태들의 결맞은 중첩으로서 존재하기 위하여 그 능력을 유지할 것이다. 하나의 큐비트를 이용하여 전산이 완료되려면, 그 큐비트의 상태가 측정되어야 한다 (예를 들어, 읽어내야 한다). 일반적으로, 큐비트를 측정하면, 큐비트의 양자 본성은 잠시 잃게 되고, 기본 상태들의 중첩이 |0〉의 기본상태 또는 |1〉의 기본상태로 붕괴되며, 그에 따라 종래의 비트와 비슷하게 된다. |0〉과 |1〉의 기본상태로 붕괴된 후 큐비트의 실제 상태는 읽어냄 동작(readout operation) 직전의 확률 (|a|2 와 |b|2)에 의존한다. 정보소자는 큐비트들의, 앞서 설명한 모든 물리적 성질들을 갖는다. 즉, 하나의 정보소자의 양자 상태는 기본상태들의 중첩으로 나타낼 수 있고, 의 형식으로 표현될 수 있다. 여기서, a와 b는 확률 |a|2 와 |b|2 에 각각 대응하는 계수이다. 또한 하나의 정보소자의 양자상태는, 그 상태가 측정되었을 때, 하나의 기본 상태로 붕괴된다. 그렇지만, 2.1 절에서 설명한 것과 같이, 정보소자들은, 큐비트와는 다르게, 양자 결맞음을 위하여 엄격한 필요조건을 갖지 않는다. 3. 초전도성 정보소자 양자 컴퓨터를 구성하기 위하여 많은 서로 다른 기술들이 사용된다. 하나의 구현예로서, 초전도 재료를 이용하는 것이다. 초전도 정보소자로 구성되는 양자 컴퓨터들은 범위성(scalability)의 이점을 갖는다. 초전도 정보소자를 이용한, 규모가 큰 양자 컴퓨터들은, 그 초전도 정보소자를 제조와 연관된 기술 및 과정이 종래 컴퓨터를 제조하는 기술 및 과정과 비슷하기 때문에, 제조 장비에 대하여 확립된 시설 및 기술 비법이 이미 존재한다는 것을 전제로 실현될 수 있다. 이렇게 알려진 제조 기술 (예를 들어, 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition), 향상된 플라즈마 화학 기상 증착법 (plasma enhanced chemical vapor deposition) 등)은, 예를 들어, 반 짠트(Van Zant)의 저서(Microchip Fabrication, Fourth Edition, 2000, McGraw-Hill, New York), 레빈슨(Levinson)의 논문 (Principles of Lithography, 2001, The International Society for Optical Engineering, Bellingham Washington), 마두우(Madou)의 저서(Fundamentals of Microfabrication, Second Edition, 2002, CRC Press LLC, Boca Raton, Frolida), 및 코우드허리(Choudhury)의 저서(Handbook of Microlithography, Micromachining and Microfabrication Volume: Microlithography, 1997,The International Society for Optical Engineering, Bellingham Washington)에 기재되어 있다. 본 출원은 이들을 참고문헌으로서 인용한다. 이와 같은 컴퓨터를 실현하기 위하여, 쉬니르만 (Shnirman)등의 논문(1997, Physics Review Letters 79, 2371-2374) 에서 필요 양자 효과 (required quantum effects)를 생성하기 위하여 조셉슨 접합(Josephson junctions)을 포함하는 초전도 정보소자를 이용하여 초전도 양자 컴퓨터를 구현한 예를 제안했다. 본 출원에서는 쉬니르만 등의 논문을 참고문헌으로서 인용한다. 초전도 정보소자는, 정보를 코딩하기 위하여 사용되는 물리적 성질에 따라, 대여섯 가지로 나뉠 수 있다. 일반적인 분류법에 따라, 정보소자는 전하소자 (charge device)와 위상소자(phase device)로 나눌 수 있고, 이는 마크린 (Makhlin)등의 논문 (2001, Reviews of Modern Physics 73, pp. 357401)에서 큐비트들의 관계와 더불어 논의되었다. 본 출원에서는 이 논문을 참고문헌으로서 인용한다. 전하소자는 소자의 전하 상태들을 이용하여 정보를 저장하고 처리한다. 여기서, 기초 전하 (elementary charge)는 쿠퍼 쌍(Cooper pairs)이라고 불리는 전자 쌍으로 구성된다. 쿠퍼 쌍은 전하 (2e)를 가지고 소리알 상호작용 (phonon interaction)에 의하여 서로 결합된 두 개의 전자로 구성된다. 이에 대한 사항은, 예를 들어, 닐슨 (Nielson)과 추앙 (Chuang)의 공저 논문 (Quantum Computation and Quantum Information, 2000, Cambridge University Press, Cambridge, pp. 343-345)에 기재되어 있고, 본 출원은 이를 참고문헌으로서 인용한다. 한편, 위상 소자 (또는 플럭스 소자(flux device))는 소자의 위상 상태 또는 플럭스 상태를 이용하여 정보를 저장한다. 최근에, 정보를 제어하기 위하여 전하 및 위상의 자유도를 이용할 수 있는 하이브리드 소자가 개발되었다. 이와 같은 하이브리드 소자의 예는 미국 특허 제6,838,694 B2호 (Esteve 등에 대한) 및 미국 특허 출원번호 제10/934,049호(Amin 등에 대한) 에 기재되어 있고, 본 출원에서는 이들을 참고문헌으로서 인용한다. 4. 초전도성 플럭스 소자 초전도성 플럭스 소자의 설계는 복코(Bocko)등의 논문 (1997,IEEE Transactions on Applied Superconductivity 7, p. 3638)과 마크린 (Makhlin) 등의 논문 (2001, Review of Modern Physics 73, p. 357)에 기재되어 있고, 본 출원에서는 이들을 참고문헌으로서 인용한다. 지속전류 큐비트(persistent current qubit)를 포함하는 다른 많은 초전도 플럭스 소자를 설계하는 방법은, 예를 들어, 무이지 (Mooij) 등의 논문 (1999, Science 285, 1036) 와 올란도 (Orlando) 등의 논문 (1999, Physics Review B 60, 15398)에 기재되어 있고, 본 출원에서는 이를 참고문헌으로서 인용한다. 지속전류 큐비트는 3개의 조셉슨 접합(Josephson junctions)에 의해서 차단된 (interrupted) 두꺼운 초전도 재료의 루프로 구성된다. 하나의 조셉슨 접합의 임계 전류값은 다른 두 조셉슨 접합의 임계 전류값보다 작게 설정한다. 여기서, 다른 두 조셉슨 접합은 종종 같거나 비슷한 임계 전류를 갖는다. 지속전류 큐비트는 초전도 재료의 루프가 작은 영역(예를 들어, 대략 1 제곱 마이크로미터 영역)을 감싸도록 형성된다. 지속전류 큐비트는 10~100 ns 사이의 결맞음 배수를 갖고, 이는 예를 들어, 올란도 등의 논문 (1999, Physics Review B 60, 15398)과 일이체프 (Il'ichev) 등 의논문 (2003, Physics Review Letters 91, 097906)에 기재되어 있고, 본 출원에서는 이를 참고문헌으로서 인용한다. 다른 형태의 플럭스 소자는 세 개 이상 또는 그 이하의 조셉슨 접합에 의해서 차단된 초전도 루프를 포함하고, 이는 블래터 (Blatter) 등의 논문 (2001, Physics Review B 63, 174511)과 프리드만 (Friedman) 등의 논문(2000, Nature 406, 43)에 기재되어 있고, 본 출원에서는 이들 논문을 참고문헌으로서 인용한다. 구배측정 플럭스 소자들(gradiometric flux devices)은 균일한 자기장에 둔감한, 특정한 형태의 플럭스 소자들이다. 즉, 구배측정 플럭스 소자의 전체에 대하여 균일한 자기장은 그 소자의 양자 상태에 영향을 주지 않을 것이다. 구배측정 소자의 하나의 예는 미국특허 제4,937,525호 (Daalmans에 대한)에 기재되어 있고, 본 출원에서는 이를 참고문헌으로서 인용한다. 구배측정 플럭스 소자에 대해서는 다음에 더 상세하게 설명한다. 5. 정보소자의 결합 양자 컴퓨터를 구성하는 데 이용되는 정보소자의 형태에 상관없이, 양자 컴퓨터의 정보소자는 제어가능한 방법으로 서로 상호작용하도록 구성하는 것이 좋다. 양자 컴퓨터의 정보소자들 사이의 상호작용(interaction)을 결합(coupling)이라고 부르기로 한다. 구현 방법에 따라, 다른 결합 방법들이 있을 수 있다. 아울러, 해밀톤계(system of Hamiltonian)는 정보소자들 사이의 상호작용을 서술할 뿐만 아니라 양자 컴퓨터의 정보소자들의 상태를 서술하는데 사용될 수 있다. 두 개의, 플럭스-기반 초전도 정보소자들을 함께 결합시킬 때, 해밀톤 계에서 결합 상호작용의 부호는 그 두 소자들을 포함하는 시스템의 에너지 조망 (energy landscape)을 결정한다. 일반적으로, 두 개의, 플럭스-기반 초전도 정보소자들 사이의 결합은, 플럭스 소자들이 일반적으로 그들 각각의 자기 플럭스와 상호작용하기 때문에, 강자성 (ferromagnetic)이거나 반-강자성 (anti-ferromagnetic)이 된다. 즉, 하나의 정보소자에서 플럭스의 변화는 그 정보소자와 결합된 다른 정보소자의 플럭스에 영향을 준다. 강자성 결합의 경우, 제1정보소자의 플럭스의 변화(change)에 효과적으로 적합하고, 제1정보소자의 플럭스의 변화는 그 제1 정보소자와 결합된 제2 정보소자의 플럭스와 비슷한 변화를 생성한다. 예를 들어, 제1 정보소자와 제2 정보소자가 강자성 결합을 했을 때, 제1 정보소자의 플럭스의 증가는 제2 정보소자의 플럭스의 증가를 일으킨다. 반-강장성의 경우에는, 더 효과적으로 적합하기 때문에, 결합은 결합된 소자에서 반대 효과를 일으킬 것이다 (예를 들어, 제1 소자에서 플럭스 증가는 제2 소자에서 플럭스 감소를 낳는다). 효과적으로 적합하다 (by energetically favorable)라는 의미는 양자 시스템이 특정 구성(specific configuration)에 있는 것보다 더 선호된다는 것을 의미한다. 왜냐하면, 그 특정 구성에 있을 때의 에너지가 다른 구성들에 있을 때의 에너지보다 더 작기 때문이다. 유연 결합 방식(flexible coupling scheme)은 정보소자들 (정보소자들 사이의 결합이 전체적으로 차단됨)사이의 결합의 세기를 변화시키는 능력을 제공하고/제공하거나 그 소자들 사이의 결합 부호를 절환한다(switch). 결합 부호를 절환한다는 의미는 두 정보소자 사이의 결합 형태가 강자성으로부터 반-강자성로 절환되거나 반-강자성으로부터 강자성으로 절환된다는 것을 뜻한다. 회로 모델 양자 전산법에서 결합 부호를 절환하는 것은, CNOT 게이트와 같은 특정 논리 게이트들을 구성하는데 유용하고, 이와 같은 CNOT 게이트는 플라우데 (Plourde) 등의 논문(2004, arXiv.org:quant-ph/0406049)에 기재되어 있으며, 본 출원에서는 이를 참고문헌으로서 인용한다. 최적 양자 전산법에서 결합 부호를 절환하는 것은, 양자 컴퓨터에 의해서 해결되어야 하는 맵핑 문제들에 대하여 양자 컴퓨터의 정보소자 그리드(information device grid)가 더 큰유연성을 갖게 하는 것이다. 여기서, "정보소자 그리드"라는 용어는 양자 컴퓨터에서 한 벌의 정보소자를 가리키는 말로서, 한 벌의 정보소자에서 각 정보소자는 그 한 벌의 정보소자 내의 최소한 하나의 다른 정보소자와 제어가능하게 결합되어 있다. 함께 결합된, 두 개의 플럭스 정보소자에 대한 해밀톤 표현방식에서, σz σz은 변수(J)를 갖는 두 소자들 사이의 "시그마 제트(sigma z)"결합을 표현하는 식이다. 여기서, 변수(J)는 결합의 세기 (the strength of the coupling)를 나타내는 선인자 (pre-factor)이다. J 003e# 0이면, 그 결합은 반-강자성이 되고, 이때 J가 더 크면 더 강한 반-강자성 결합을 의미한다. J 003c# 0이면, 그 결합은 강자성이 되고, 이때 J가 더 작으면 더 강한 강자성 결합을 의미한다. J = 0이면, 어떠한 결합도 없다. 따라서, J의 부호를 절환하는 것은 결합형태를 절환하는 것을 의미한다. 일반적으로, 이준위 시스템(two-level system)에서, 강자성 결합은 평행 플럭스(parallel flux)를 갖는 것이 더 효과적으로 적합하다는 의미를 내포하고, 반-강자성 결합은 반-평행 플럭스(anti-parallel flux)를 갖는 것이 더 효과적으로 적합하다는 의미를 내포한다. 강자성 결합 및 반-강자성 결합은 각 결합 루프의 순환 전류(circulating current)를 갖는 두 플럭스 소자들 사이의 결합을 그 예로 들 수 있다. 강자성 결합에서, 제1 정보소자의 시계방향 초전도 전류는 시계방향 초전도 전류가 제2 정보소자에서 반시계방향 초전도 전류보다 더 효과적으로 적합하게 한다. 여기서, 제2 정보소자는 제1 정보소자와 강자성으로 결합되어 있다. 반대로, 강자성 결합에서, 제1 정보소자의 반시계방향 초전도 전류는 반시계방향 초전도 전류가 제2 정보소자의 시계방향 초전도 전류보다 더 효과적으로 적합하게 한다. 다른 한편으로, 반-강자성 결합에서, 제1 정보소자의 시계방향 초전도 전류는 반시계방향 초전도 전류가 제2 반-강자성 결합된 소자의 시계방향 초전도 전류보다 더 효과적으로 적합하게 한다. 아울러, 반-강자성 결합에서, 제1 정보소자의 반시계 초전도 전류는 시계방향 초전도 전류가 제2 정보소자의 반시계 초전도 전류보다 더 효과적으로 적합하게 한다. 초전도 정보소자들은 직접방식 (direct manner; 예를 들어, 어떠한 개입 소자 (intervening device)도 없이)으로 유도적으로 (inductively) 결합되지만, 이러한 결합의 형태는 일반적으로 제어될 수 없다 (즉, 결합의 세기를 즉시 변경될 수 없다). 플럭스 소자들을, 한 가지 방법으로서, 초전도 양자 간섭 소자 (superconducting quantum interference device (SQUID))에 의해서 결합한다. SQUID는 일종의 자기 측정기 (magnetometer)로서 감도가 좋다. 감도가 좋다는 의미는 자속의 작은 변화도 검출할 수 있다는 의미이다. 이에 대한 예는, 미국 특허 제6,627,916호 (Amin 등에 대한)에 기재되어 있고, 본 출원에서는 이를 참고문헌으로 인용한다. SQUID 는 최소한 하나의 조셉슨 접합에 의해 차단된 초전도 루프를 포함한다. SQUID의 초전도 루프를 흐르는 전류는 몇몇 서로 다른 방식들로 바이어스 될 수 있다. 예를 들어, SQUID의 초전도 루프를 흐르는 전류는 SQUID 에 가까이 위치한 유도된 플럭스에 의해서 바이어스 될 수 있다. 다른 예에서, SQUID의 초전도 루프를 흐르는 전류는 SQUID에 연결된 배선으로부터 전류 바이어스 (current bias)를 이용하여 바이어스 될 수 있다. 다른 방식으로 바이어스된 SQUID들은 dc-SQUID (전류 또는 플럭스가 바이어스 됨)와 rf-SQUID (플럭스가 바이어스 됨)를 예로 들 수 있다. 또한 SQUID들은 제어가능한 방식으로 플럭스를 생성한다. 플럭스 소자들은 자속(magnetic flux)을 통하여 상호작용하기 때문에, SQUID-형태(SQUID-type)의 소자는, 메이저 (Majer) 등의 논문 (2003, arXiv.org:cond-mat/0308192)에서 제안한 방식(scheme)에서와 같이, 그 결합을 실현시키기 위하여 사용될 수 있다. 본 출원에서는 이 논문을 참고문헌으로서 인용한다. 무이지 등은 과학 잡지(1999, Science 285, 1036)를 통해서 두 개의 플럭스 소자 사이의 결합 형태를 절환할 수 있는, 소정의 결합 방식(a type of coupling scheme)을 제안하였고, 본 출원에서는 이를 참고문헌으로서 인용한다. 그렇지만, 무이지 등의 제안에서는, 강자성 결합 및 반-강자성 결합이 절환되는 형태가 아니다는 문제점이 있다. 오히려, σz σz과 σz σx 결합 사이에서 절환이 일어난다. 게다가, 무이지 등의 제안에서는 결합을 완전히 끌 (turn off) 수 있는 방법이 없다. 유도 SQUID (inductive SQUID (INSQUID))는 클락 (Clarke) 등의 논문 (2002, Physica Scripta T102, 173)에서 다른 결합소자로서 제안되었고, 본 출원에서는 이를 참고문헌으로서 인용한다. INSQUID 결합은 결합 형태를 절환할 수 있지만 강자성 결합과 반-강자성 결합 사이에서 절환되지 않는다. INSQUID 결합은 꺼질(turn off) 수 있지만, 이를 달성하기가 어렵다. 가변 플럭스 변환기 (tunable flux transformer)는 필립포브(Filippov) 등 의 논문 (2003, IEEE Transactions on Applied Superconductivity 13, 1005)에 기재되어 있고, 본 출원에서는 이를 참고문헌으로서 인용한다. 필립포브 등의 가변 플럭스 변환기는 이용된 소자의 구배 측정 본성을 기초로 동작한다. 또한 그 변환기 자체는 구배 측정을 하고, 가변성 (tunability)은 가변 결합(variable couplings)을 갖는 복합 접합(compound junctions)을 병합함으로써 달성된다. 따라서, 그 변환기는 플럭스 소자를 자기 측정기(magnetometer) 또는 다른 장치에 결합하기 위하여 (couple) 또는 해제하기 (uncouple) 위하여 바이어스 될 수 있다. 그러나 필요한 큰 이득(gain)은 변환기의 구배 측정 루프(gradiometric loops)의 부정확한 밸런싱의 문제를 일으킨다. 이는 구체적인 결합 세기(specified coupling strength)를 유지하는데 부정밀성(inaccuracy)을 낳는다. 또한 변환기는 상당히 크고(150 ㎛ × 150 ㎛), 그에 따라 다수의 소자를 갖는 시스템에서 실현할 수 없다. 결국에, 그 변환기는 쌍안정 상태, 즉 두 개의 최저 에너지 값을 가진다. 그러나 이러한 변환기는 플럭스 소자들을 함께 결합하는데 바람직하지 않다. 또 다른 형태의 구배 측정 플럭스 변환기 (gradiometric flux transformer)는 코스멜리 (Cosmelli) 등의 논문 (2004, arXiv.org:cond-mat/0403690)에 기재되었고, 본 출원에서는 이를 참고문헌으로서 인용한다. 코스멜리 등의 논문에서, 구배 측정기(gradiometer)의 각 팔(arm)은 인접한 소자와 연결되고, 튜닝가능한 요소(tunable element)는 중앙 다리 (central leg)의 단일 복합 접합(single compound junction)이 된다. 다른 rf-SQUID 결합기 (coupler)는 플라우데 (Plourde) 등의 논문 (2004, Physical Review B 70, 140501)이 기재되어 있고, 본 출원은 이를 참고문헌으로 인용한다. 플라우데 등의 논문에서, 결합은 전류가 바이어스된 dc-SQUID를 통하여 실현된다고 기재되어 있다. Dc-SQUID는 결합의 부호를 절환하기 위하여 튜닝될 (tuned) 수 있다. 그러나 그런 시스템들은 제조하는데 매우 비싸고 결합의 세기 또는 부호를 조정하는데 온전한 유연성을 제공할 수 없다. 전류에 의해서 두 플럭스 소자에 결합된 조셉슨 접합을 함께 이용하는 결합 플럭스 소자는 레비토브 (Levitov) 등의 논문(2001, arXiv.org:cond-mat/0108266)과 부처(Butcher)의 논문 (2002, Graduate Thesis, Delft University of Technology)에 기재되어 있으며, 본 출원에서는 이들 논문을 참고문헌으로서 인용한다. 두 참고문헌은 일련의 세 개의 조셉슨 접합 플럭스 소자를 함께 결합하는 단일의 큰 조셉슨 접합 (single large Josephson junction)을 보여주고 있다. 그러나 두 참고문헌에 기재된 기술은 결합의 동작(operation)을 적절하게 가능하게 하지 않는다. 또한 두 참고문헌에서, 제안된 결합의 형태는 항상 동작상태 ("ON")이고 중단(shut off) 될 수 없는 상태에 있다. 6. 최신 기술 앞서 설명한 것과 같이, 초전도 정보소자들을 함께 결합시키는 소자들이 있다. 그러나 비용 면을 관점으로 둘 때, 효과적으로 양자 전산을 실현하려면 이 분야의 기술이 개선될 필요가 있다. 그러므로 초전도 정보소자들 사이의 결합에 대하여 더 제어할 수 있는 기술이 필요하다. 즉 초전도 정보소자들 사이의 결합의 세기 또는 부호를 자유롭게 변화시킬 수 있는 결합 방법이 필요하고, 이때 그 결합은 필요에 따라 모두 중단될 수 있어야 한다.