미래에 실용화를 위해 개발 중인 양자컴퓨터는 현재 시점에선 큐비트 초기 상태 설정부터 출력 판독까지 모든 단계에서 에러가 발생할 가능성이 있어 기능이 크게 제한되어 있다. 4월 3일 마이크로소프트와 양자컴퓨팅 기업 퀀티넘(Quantinuum)이 기존 물리 큐비트에 비해 에러 발생률을 800배나 낮출 수 있는 전례 없는 신뢰도를 지닌 양자컴퓨터 개발에 성공했다고 보고했다.
양자컴퓨터에선 기본적으로 큐비트를 사용해 정보를 저장하고 처리한다. 하지만 물리 큐비트는 노이즈로 인해 에러가 쉽게 발생하기 때문에 기존 양자컴퓨터 유용성과 실용성이 크게 제한되어 왔다. 이런 에러를 줄이려면 고급 기법을 사용해 물리 큐비트 여러 개를 논리 큐비트라고 불리는 신뢰성 높은 가상 큐비트로 결합시킬 필요가 있었다.
논리 큐비트를 효과적으로 활용하면 물리 큐비트 수를 늘려 더 오래 지속되고 복잡한 계산을 수행할 수 있는 강력한 양자컴퓨터를 구현할 수 있다.
이번에 마이크로소프트 큐비트 가상화 시스템과 퀀티넘 H2 이온트랩 큐비트 프로세서, 독자 양자 전하 결합 장치 아키텍처를 결합해 물리 큐비트 30개를 높은 신뢰성 논리 큐비트 4개로 결합하는 데 성공했다. 물리 큐비트 다수를 논리 큐비트 하나로 결합하면 시스템을 에러로부터 보호할 수 있게 된다. 마이크로소프트에 따르면 이번 논리 큐비트로 1만 4000개에 이르는 독립적인 인스턴스를 에러 없이 실행할 수 있었다고 한다.
더불어 이 논리 큐비트는 10만 번 실행 중 단 1번만 에러가 발생했는데 이는 물리 큐비트만 사용한 기존 방식보다 에러율이 800분의 1 수준으로 낮춰진 것이다. 퀀티넘 측은 이번 성과로 물리 큐비트 대비 800배 낮은 에러율을 기록했다며 역대 최저 수준이라고 강조했다.
마이크로소프트는 이 결과에 대해 노이즈 캔슬링 헤드폰을 사용해 음악을 듣는 것과 비슷하게 큐비트 가상화 시스템은 환경 노이즈를 거의 제거할 수 있다며 에러율 개선은 고품질 노이즈 캔슬링 헤드폰이 제공하는 정적과 같다고 비유하기도 했다.
한편 연구팀은 이번 논리 큐비트가 아직 개발 단계라고 밝히며 기존 양자컴퓨터를 뛰어넘으려면 개별 회로 에러를 수정하고 최소 2개 논리 큐비트 사이에 양자 얽힘을 생성할 수 있어야 하며 논리-물리 큐비트간 에러율 차이를 더 벌려야 한다고 지적했다.
그럼에도 사티아 나델라 마이크로소프트 CEO는 이번 성과는 신뢰성 높은 양자컴퓨팅이 가져올 과학적, 상업적 진보를 실현하는 과정에서 흥분되는 이정표라며 강조했다. 퀀티넘 측 역시 이번 결과는 역사적 성과라며 마이크로소프트와의 협력이 양자 생태계 한계를 지속적으로 넓혀왔음을 잘 보여주며 세계 최강의 양자컴퓨터와 완벽히 통합된 마이크로소프트 첨단 에러 수정 능력 덕에 양자 애플리케이션이 더 진화할 수 있을 것으로 기대한다고 밝혔다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.