IBM, 64 양자볼륨 달성…”양자 컴퓨팅 칩 27개 사용”

IBM이 양자볼륨(Quantum Volume) 64개를 달성했다고 발표했다. 지난해 32 양자볼륨에 도달한지 1년 만에 2배를 높인 것이다.

IBM 퀀텀(IBM Quantum) 팀은 연구 결과(논문명: Demonstration of quantum volume 64 on a superconducting quantum computing system)를 사전 학술플랫폼 아카이브(arXiv)에 19일(현지시각) 공개했다.

(a) IBM 퀀텀 팔콘 칩(Quantum Falcon Chip) 이미지. (b) 27큐비트 헤비헥스 개략도. [출처: arXiv]

IBM은 논문을 통해 양자볼륨 64에 도달하기 위해 풀 스택 방식을 사용해 새로운 27큐비트(Qubits) 프로세서를 포함한 하드웨어 개선 사항에 대한 세부 정보를 공개했다.

양자볼륨(VQ)은 IBM이 만든 개념이다. 양자 시스템을 기반으로 퀀텀비트수, 연결수, 게이트 및 측정 오류 등 컴퓨터 상대적 계산 능력을 측정하는 데 사용되는 단위다. 

IBM은 64 양자볼륨을 달성하기 위해 최신 27 큐비트 클라이언트 배포 시스템 중 하나인 27-큐비트 팔콘 칩(Falcon Chip)을 적용했다. 특정 정보처리 작업을 양자 컴퓨터에서 효율적으로 수행할 양자이점(Quantum Advantage)을 끌어 올리려면 성능이 뛰어난 양자회로가 필요하다. 

IBM은 양자볼륨 회로를 최적화하는 HW 기술과 SW 개선을 통해 IBM 클라우드 서비스 및 오픈소스 SDK(Software Development Kit) ‘Qiskit’에도 적용할 수 있다고 주장했다.

IBM은 이번 양자볼륨 성능 테스트에 27개 양자 컴퓨팅 칩을 사용했지만, 다음에는 53큐비트 허밍버드(Hummingbird) 시스템으로 업그레이드할 예정이다.

양자볼륨이 높을수록 산업, 정부 및 과학 연구 분야 등 복잡한 실제 문제를 해결할 가능성이 커진다. 양자 컴퓨팅 칩은 큐비트를 더 많이 압축하고 안정적으로 유지할 수 있어 양자 컴퓨팅의 성공 열쇠로 간주된다. 

따라서 인텔은 훨씬 더 많은 큐비트를 칩에 넣을 수 있는 스핀 큐비트를 활용한다. 글로벌 기업 하니웰(Honeywell)도 자사 이온 트랩 설계에 더 많은 큐비트를 넣을 수 있다며 매년 양자볼륨을 10배씩 확대하겠다고 밝혔다.

특히 지난 6월 하니웰은 IBM보다 일찍 64 양자볼륨을 달성했다고 공개한 바 있다. 하니웰은 기존 사업을 매각하고 양자 컴퓨터 개발에 착수했다. 현재 관련 과학자 및 소프트웨어 개발자들을 영입했다.

중첩과 얽힘이라는 양자 현상을 활용해 1과 0을 훨씬 더 많이 조합 처리하는 양자 컴퓨팅은 다양한 접근 방식으로 발전하고 있다. 

빠르게 발전하는 양자 컴퓨터는 연구 분야를 넘어 상용화에 도전하고 있다. IBM, 구글, 인텔, 리게티. 하니웰 등이 양자 컴퓨터 개발 대규모 투자 프로그램을 운용하고 있다.

세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터가 1만 년이 걸릴 계산문제를 단 3분 20초 만에 해결할 수 있다는 53큐빗 구글 시크모어 양자컴퓨터는 IBM과 마찬가지로 큐비트가 절대 0도보다 약간 높은 극저온 환경의 초전도체를 사용한다. 

하니웰은 큐비트로 질량을 가진 입자 중에 전기적 상태가 중성이 아닌 양전하나 음전하를 띠고 있는 입자인 하전입자(charged particle)를 수용하는 ‘이온 트랩’을 활용한다. 인텔은 초기 단계지만 전자를 큐비트로 사용하는 전자스핀이라는 양자 역학적 특성을 활용한다. 마이크로소프트는 큐비트 결함을 회피하고자 토폴로지컬 큐비트(topological qubits)라는 접근 방식을 활용한다.

앞으로 무한 가능성을 가진 양자 컴퓨팅 싸움에서 최종 승리를 누가 거머쥘지 전 세계가 주목하고 있다.

김들풀 기자 itnews@