이석원 기자
세계 첫 상용 양자컴퓨터인 IBM 큐시스템원(IBM Q System One)을 지난 2019년 발표한 IBM이 이번에도 세계 최초가 될 내결함성을 갖춘 대규모 양자컴퓨터 개발에 착수했다고 발표했다.
IBM은 뉴욕주 포킵시에 새로 건설하는 IBM 양자 데이터센터에 세계에서 처음으로 내결함성을 갖춘 대규모 양자컴퓨터인 IBM 퀀텀 스타링(IBM Quantum Starling)을 2029년까지 배치할 예정.
IBM 퀀텀 스타링은 현행 양자컴퓨터보다 2만 배 연산 능력을 발휘할 것으로 기대된다. 스타링 계산 상태 표현에는 세계 최강 슈퍼컴퓨터 1,048대 분량 메모리가 필요하다고 한다. 스타링을 활용하면 사용자는 양자 상태 복잡성을 완전히 탐색할 수 있게 된다.
IBM 아빈드 크리슈나 CEO는 자사는 양자컴퓨팅에 대한 다음 프론티어를 개척하고 있다며 수학, 물리학, 엔지니어링에서의 당사 전문 지식이 대규모이면서 내결함성이 뛰어난 양자컴퓨터로의 길을 열고 있으며 현실 세계 과제를 해결하고 비즈니스에 헤아릴 수 없는 가능성을 가져다 줄 것이라고 말했다.
스타링이 갖춘 200개 논리 양자비트로 1억 회 양자 연산을 실행해 의약품 개발이나 소재 발견, 화학, 최적화 등 분야에서 필요한 계산 능력에 접근할 수 있게 된다. 이는 2,000개 논리 양자비트로 10억 회 양자 연산을 실행할 수 있는 IBM 퀀텀 블루제이(IBM Quantum Blue Jay) 기반이 된다고 한다.
논리 양자비트는 1 양자비트 분량 양자 정보를 보유하는 역할을 담당하는 오류 정정된 양자컴퓨터 단위로 오류에 대한 상호 감시를 위해 연계하는 복수 물리 양자비트로 구성되어 있다. 대규모 양자컴퓨팅을 위해서는 가능한 한 적은 물리 양자비트 수로 양자 회로를 실행할 수 있는 논리 양자비트 수를 늘리는 게 중요하지만 지금까지는 명확한 경로가 보이지 않았다.
지금까지 표준으로 여겨져 온 오류 정정 코드에는 확장하려면 복잡한 조작을 실행하기에 충분한 양자 논리 비트를 생성하기 위해 실현 불가능한 물리 논리 비트가 필요하다는 과제가 있었다. IBM은 qLDPC 부호를 도입한 오류 정정 코드로 오류 수정에 필요한 물리 논리 비트 수를 대폭 줄여 필요한 오버헤드를 90% 삭감했다. 또 물리 양자비트로부터의 정보를 효율적으로 디코딩해 기존 컴퓨터 리소스로도 실시간으로 오류를 특정하고 정정하는 경로를 제시했다고 한다.
IBM에 따르면 IBM 퀀텀 스타링에 대한 2029년 실현을 목표로 3가지 프로세서를 다뤄나갈 예정이다. 첫째 2025년 예정인 IBM 퀀텀 룬(IBM Quantum Loon). 동일 칩 내에서 양자비트를 장거리 접속하는 C 커플러 등 qLDPC 부호의 아키텍처 컴포넌트를 테스트하도록 설계한다. 둘째 2026년 예정인 IBM 퀀텀 쿠카부라(IBM Quantum Kookaburra). 인코딩된 정보를 저장·처리하기 위해 설계된 IBM 첫 모듈형 프로세서로 양자 메모리와 논리 연산을 결합해 폴트 톨러런트 시스템을 칩 하나를 넘어 확장하기 위한 기본 요소다.
마지막은 2027년 예정인 IBM 퀀텀 쿡카투(IBM Quantum Cockatoo). 쿡카투 모듈 2개를 L 커플러로 결합한 것으로 양자 칩을 더 큰 시스템 노드처럼 상호 접속해 비현실적인 거대 칩 구축이 필요 없게 된다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.
이원영 기자
