오류 수정 간소화한 이온 기반 양자 컴퓨터 '헬리오스' 공개¶
원제목: A new ion-based quantum computer makes error correction simpler
핵심 요약
- 퀀텀넘은 새로운 이온 기반 양자 컴퓨터 '헬리오스'를 공개하며 오류 수정 기술을 간소화했음을 밝혔습니다.
- 헬리오스는 기존 초전도 방식에 비해 확장성이 용이하며, 적은 수의 물리 큐비트로 논리 큐비트를 구현할 수 있다는 장점이 있습니다.
- 이번 기술 발전은 양자 컴퓨팅의 상용화 가능성을 높이며, 미래 산업 발전에 중요한 영향을 미칠 것으로 기대됩니다.
상세 내용¶
미국과 영국에 기반을 둔 양자 컴퓨팅 기업 퀀텀넘(Quantinuum)이 3세대 양자 컴퓨터 '헬리오스(Helios)'를 공개하며 양자 컴퓨팅 분야에 새로운 가능성을 제시했습니다. 헬리오스는 이전 세대 모델인 H2보다 확장된 컴퓨팅 성능과 향상된 오류 수정 기능을 특징으로 합니다. 현재 존재하는 모든 양자 컴퓨터와 마찬가지로 헬리오스 역시 물질 발견이나 금융 모델링과 같은 업계의 꿈이라 할 수 있는 수익 창출 알고리즘을 실행하기에는 아직 역량이 부족합니다. 그러나 퀀텀넘의 이온 기반 양자 컴퓨터는 구글이나 IBM 등이 사용하는 초전도 회로 기반 양자 컴퓨터에 비해 확장성이 더 용이할 것으로 평가받고 있습니다.
퀀텀넘의 제니퍼 스트레이블리 부사장은 헬리오스가 더 큰 물리 시스템으로 확장해 나가는 로드맵에서 중요한 증명점이 될 것이라고 밝혔습니다. 2021년 하니웰 양자 솔루션과 케임브리지 퀀텀의 합병으로 탄생한 퀀텀넘은 하니웰이 최대 주주입니다. 콜로라도에 위치한 퀀텀넘 시설에 설치된 헬리오스는 거울, 레이저, 광섬유 등 수많은 부품으로 구성되어 있으며, 핵심은 실제 연산을 수행하는 큐비트 역할을 하는 바륨 이온을 담고 있는 엄지손톱 크기의 칩입니다. 헬리오스는 한 번에 98개의 바륨 이온으로 컴퓨팅을 수행하는데, 이는 이전 모델인 H2가 사용했던 56개의 이터븀 큐비트보다 업그레이드된 것입니다. 바륨 이온은 이터븀보다 제어가 더 용이하다는 장점이 입증되었습니다. 이 모든 구성 요소는 약 15 켈빈(-432.67 ℉)으로 냉각된 챔버 안의 광학 테이블 위에 놓여 있습니다. 사용자들은 클라우드를 통해 원격으로 접속하여 헬리오스를 이용할 수 있습니다.
헬리오스는 이온의 양자 상태에 정보를 인코딩하는데, 이는 고전 컴퓨팅의 비트처럼 0과 1뿐만 아니라 확률적인 조합, 즉 중첩 상태를 표현할 수 있습니다. 양자 컴퓨팅의 특징적인 중첩 상태는 동전이 공중에서 회전하는 상태와 유사하며, 앞면이나 뒷면이 아닌 둘 다일 확률을 가집니다. 양자 컴퓨팅은 이온과 같은 양자 역학적 대상의 고유한 수학적 원리를 활용하여 연산을 수행합니다. 기술 지지자들은 이를 통해 배터리 개발을 위한 고정밀 화학 시뮬레이션이나 물류 및 금융 분야를 위한 더 나은 최적화 알고리즘과 같은 상업적으로 유용한 응용이 가능해질 것으로 믿고 있습니다.
지난 10년간 전 세계 기업 및 학술 기관의 연구자들은 수십억 달러의 민간 및 공공 자금 지원을 통해 양자 컴퓨팅 기술을 점진적으로 발전시켜 왔습니다. 그럼에도 불구하고, 양자 컴퓨팅은 여전히 어색한 청소년기에 머물러 있으며, 언제 수익성 있는 응용 프로그램이 나올지는 불확실합니다. 최근 개발자들은 기계의 확장성 확보에 집중하고 있습니다. 더 강력한 양자 컴퓨터를 만드는 데 있어 핵심적인 과제는 오류 수정을 구현하는 것입니다. 모든 컴퓨터와 마찬가지로 양자 컴퓨터도 가끔 실수를 합니다. 고전 컴퓨터는 정보를 중복 저장하여 이러한 오류를 수정합니다. 하지만 양자 역학의 특성 때문에 양자 컴퓨터는 이러한 방식을 사용할 수 없으며 특별한 수정 기법이 필요합니다.
양자 오류 수정은 단일 큐비트가 아닌 여러 큐비트에 단일 정보 단위를 저장하는 것을 포함합니다. 정확한 방법은 양자 컴퓨터의 특정 하드웨어에 따라 다르며, 일부 기계는 다른 기계보다 정보 단위당 더 많은 큐비트를 필요로 합니다. 업계에서는 오류 수정된 양자 정보 단위를 '논리 큐비트(logical qubit)'라고 부릅니다. 헬리오스는 하나의 논리 큐비트를 만들기 위해 두 개의 이온, 즉 '물리 큐비트(physical qubit)'가 필요합니다. 이는 초전도 회로로 만들어진 최근 양자 컴퓨터에 비해 적은 수의 물리 큐비트입니다. 2024년에 구글은 하나의 논리 큐비트를 만들기 위해 105개의 물리 큐비트를 사용했습니다. 올해 IBM은 단일 논리 큐비트당 12개의 물리 큐비트를 사용했으며, 아마존 웹 서비스는 9개의 물리 큐비트를 사용하여 단일 논리 큐비트를 생성했습니다. 이 세 회사 모두 초전도 회로의 변형을 큐비트로 사용합니다. 헬리오스는 큐비트의 정밀도 때문에 주목할 만하다고 라지불 이슬람은 언급했습니다.
편집자 노트¶
퀀텀넘이 공개한 '헬리오스'는 양자 컴퓨팅 분야에서 중요한 진전을 이루었음을 보여줍니다. 특히 주목할 점은 '오류 수정' 방식을 간소화했다는 부분입니다. 양자 컴퓨터는 본질적으로 매우 민감하고 외부 환경에 쉽게 영향을 받아 오류가 발생하기 쉬운데, 이를 해결하기 위해 많은 수의 물리 큐비트를 사용해 하나의 논리 큐비트를 만들어야 했습니다. 하지만 헬리오스는 이온 기반 기술과 더불어 큐비트 제어의 정밀성을 높여, 적은 수의 물리 큐비트로도 효과적인 오류 수정을 가능하게 한 것으로 보입니다. 이는 양자 컴퓨터를 더 작고 효율적으로 만들 수 있는 길을 열어주며, 궁극적으로는 양자 컴퓨터의 '확장성' 문제를 해결하는 데 크게 기여할 수 있습니다.
일반인에게는 아직 양자 컴퓨터가 다소 먼 이야기처럼 느껴질 수 있지만, 이번 헬리오스의 등장은 양자 컴퓨팅 상용화의 시점을 앞당길 가능성을 시사합니다. 오류 수정의 효율성이 높아지면, 지금보다 훨씬 적은 자원으로도 복잡한 연산이 가능한 양자 컴퓨터를 만들 수 있게 됩니다. 이는 신약 개발, 신소재 탐색, 금융 시장 예측, 복잡한 물류 시스템 최적화 등 인류가 직면한 난제들을 해결하는 데 결정적인 역할을 할 수 있습니다. 예를 들어, 현재로서는 시뮬레이션하기 어려운 분자 구조를 완벽하게 계산하여 혁신적인 신약을 개발하거나, 현재보다 훨씬 효율적인 에너지 저장 장치 및 배터리를 설계하는 것이 가능해질 수 있습니다. 헬리오스의 기술은 이러한 미래 사회의 변화를 이끌 중요한 밑거름이 될 것입니다.