양자 컴퓨팅 혁신 가속화… 아이온Q·앨리스앤밥, 기술 성과 공개

앨리스앤밥은 큐비트를 함께 ‘압축(squeezing)’하는 방식으로 오류 수정 성능을 160배 향상했다고 밝혔다. 한편, 아이온Q는 서로 다른 유형의 큐비트 간 연결 속도를 획기적으로 개선하는 데 성공했다고 발표했다.

현재 양자 컴퓨터가 실용화되는 데 가장 큰 장애물은 큐비트 수가 증가할수록 오류 발생률도 기하급수적으로 증가한다는 점이다.

양자 컴퓨팅 기업들은 오류를 일정 임계치 이하로 줄이기 위해 다양한 방법을 연구하고 있다. 앨리스앤밥의 연구에 따르면, 해당 기업이 채택한 오류 수정 방식의 임계점이 기존 예상보다 낮을 것으로 보인다.

앨리스앤밥의 수석 연구원 아니르 무라니는 “이러한 결과는 양자 컴퓨팅이 ‘탈출 속도(escape velocity)’를 달성하는 데 한 걸음 더 가까워졌다는 의미”라며 “구체적인 시점은 여러 요인에 따라 달라지겠지만, 현재 연구실에서 가장 중요한 프로젝트로 진행 중”이라고 말했다.

앨리스앤밥은 기본적으로 오류 수정 기능이 내장된 ‘캣 큐비트(cat qubit)’ 방식을 사용한다. 이는 최근 AWS가 발표한 오셀롯(Ocelot) 칩에도 적용된 접근 방식이다.

이번 연구에서 새롭게 발표된 기술은 캣 큐비트를 ‘압축’해 오류율을 줄이고 안정성을 높이는 방식이다. 이 연구 결과는 이달 초 공개된 논문을 통해 발표됐다.

새로운 압축된 큐비트는 아직 클라우드를 통해 기업이 직접 테스트할 수 있는 상태는 아니지만, 기존 캣 큐비트는 구글 클라우드에서 보손(Boson) 4 칩을 통해 이용할 수 있다.

양자 컴퓨팅 기업들은 오류율을 낮추기 위해 세 가지 주요 방법을 연구하고 있다.

첫째, 소프트웨어를 활용해 오류를 보정하는 방식이다. 둘째, 물리적 큐비트를 여러 개 결합해 하나의 논리적 큐비트로 만드는 중복(redundancy) 기술을 활용하는 방식이다. 셋째, 앨리스앤밥을 포함한 여러 기업이 연구 중인 방법으로, 큐비트 자체를 더 안정적이고 오류가 적은 형태로 만드는 방식이다.

IDG의 인프라 시스템·플랫폼·기술 그룹 리서치 매니저 헤더 웨스트는 “궁극적으로는 세 가지 접근 방식이 모두 결합될 가능성이 크고, 아직 발견되지 않은 새로운 오류 수정 기법이 등장할 수도 있다”라고 말했다.

목표는 오류율을 특정 임계점 이하로 낮춰, 큐비트가 추가될 때마다 오류가 기하급수적으로 증가하지 않도록 하는 것이다.

웨스트는 “이것이 양자 컴퓨팅을 확장 가능한 시스템으로 만드는 핵심 요소”라며 “아직까지 어떤 기업도 이 목표를 완벽히 달성하지는 못했다. 최근 발표된 연구들은 중요한 이정표지만, 우리가 기대하는 궁극적인 돌파구는 아니다”라고 설명했다.

아이온Q, 특수 큐비트 활용해 확장성 확보

아이온Q는 다른 접근 방식을 채택했다. 아이온Q는 트랩드 이온(trapped ion) 방식을 활용해 확장 가능한 양자 컴퓨터를 개발하고 있으며, 이번 연구를 통해 중요한 기술적 한계를 넘어섰다고 주장했다.

아이온Q의 수석 물리학자 리카르도 비테리는 “우리는 이제 ‘탈출 속도’를 달성했다”라며 “이번 성과는 양자 컴퓨팅 확장에서 중요한 이정표”라고 말했다.

비테리는 “아이온Q는 게이트 연산 속도를 높이면서도 정확도를 동시에 개선하는 데 성공했다”라며 “이는 단순한 실험이 아니라, 대규모 양자 컴퓨팅의 미래를 위한 설계도”라고 밝혔다.

아이온Q에 따르면, 적절한 유형의 큐비트를 적절한 시점에 사용하면 두 개의 큐비트 간 연산 속도를 수백 나노초 수준으로 단축할 수 있다. 이는 현재 평균보다 최대 500배 빠른 속도다.

연구팀은 바륨(Barium), 칼슘(Calcium), 이터븀(Ytterbium), 베릴륨(Beryllium) 등 다양한 트랩드 이온 큐비트를 조합해 실험을 진행했다.

기술적 핵심은 나노초 단위의 레이저 펄스를 활용하는 것이었다고 아이온Q는 기술 블로그를 통해 밝혔다.

양자 컴퓨팅에서 서로 다른 유형의 큐비트를 조합하면 특정 작업에 맞춰 최적화할 수 있다.

주니퍼 리서치의 애널리스트 미셸 조인슨은 “이종 큐비트를 활용하면 특정 큐비트에 특화된 역할을 부여할 수 있어 양자 시스템을 최적화할 수 있다”라며 “이러한 접근 방식은 계산 효율성을 높이고, 디코히런스(decoherence)로 인한 오류를 줄이며, 확장 가능한 양자 컴퓨터로 나아가는 또 다른 단계가 될 것”이라고 분석했다.

이번 연구에서 아이온Q가 강조한 또 다른 핵심 요소는 서로 다른 큐비트 간의 통신 방식이다.

포레스터 리서치의 애널리스트 브라이언 홉킨스는 “이 기술의 가장 큰 응용 분야는 양자 네트워킹 구현”이라며 “양자 컴퓨터를 확장하는 데 있어 핵심 문제 중 하나는 디지털 칩처럼 서로 다른 양자 칩을 병렬로 작동시킬 수 없는 부분이다”이라고 설명했다.

현재로서는 양자 상태를 디지털 0과 1로 변환해 기존 네트워크를 통해 전송하는 방식이 사용되고 있다. 홉킨스는 “양자 칩을 더 효과적으로 연결할 수 있는 네트워킹 기술이 개발된다면, 양자 컴퓨팅의 상용화 속도도 빨라질 것”이라고 말했다.

아이온Q의 비테리는 이번 연구에서 사용된 특정 혼합형 큐비트는 아직 이론적인 단계에 머물러 있다고 밝혔다. 아이온Q가 제공하는 양자 컴퓨터인 ‘포르테 엔터프라이즈(Forte Enterprise)’는 이미 AWS, 애저, 구글 클라우드를 통해 제공되고 있다.
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