IBM, 세계 최초의 대규모 오류 내성 양자 컴퓨터 로드맵 공개

IBM은 세계 최초의 대규모 오류 내성 양자 컴퓨터를 구축하기 위한 로드맵을 발표하며, 실용적이고 확장 가능한 양자 컴퓨팅을 위한 기반을 마련했다.

2029년에 선보일 IBM 퀀텀 스탈링(이하 ‘스탈링’)은 뉴욕 포킵시에 위치한 새로운 IBM 퀀텀 데이터 센터에 구축될 예정이며, 현재 양자 컴퓨터보다 20,000배 더 많은 작업을 수행할 것으로 예상된다. 스탈링의 계산 상태를 표현하려면 세계에서 가장 강력한 슈퍼컴퓨터의 메모리 용량이 퀸데실리온(10^48) 이상 필요하다. 스탈링은 기존 양자 컴퓨터로는 접근할 수 없는 복잡한 양자 상태를 탐구할 수 있는 능력을 제공할 것으로 기대된다.

이미 전 세계적으로 여러 대의 양자 컴퓨터를 운영하고 있는 IBM은 실용적인 오류 내성 양자 컴퓨터를 구축하기 위한 새로운 퀀텀 로드맵을 공개했다.  

IBM회장 겸 CEO 아빈드 크리슈나(Arvind Krishna)는 "IBM은 양자 컴퓨팅의 새로운 지평을 열어가고 있다"며, "IBM이 보유한 수학, 물리학, 공학 분야의 전문성은 대규모 오류 내성 양자 컴퓨터를 실현할 기반을 마련했으며, 이 컴퓨터는 현실 세계의 문제를 해결하고 비즈니스에서 큰 가능성을 열어줄 것"이라고 말했다.

대규모의 오류 내성 양자 컴퓨터는 수 백에서 수 천개의 논리 큐비트(logical qubit)를 사용해 수 억에서 수십억 개의 양자 연산을 처리하며 신약 개발, 재료 발견, 화학 및 최적화와 같은 분야에서 시간과 비용 효율성을 크게 향상시킬 수 있다. 

스탈링은 200개의 논리 큐비트를 사용해 1억 개의 양자 연산을 수행하며, 이후 2,000개의 논리 큐비트를 활용해 10억 개의 양자 연산을 실행할 수 있는 IBM 퀀텀 블루제이(IBM Quantum Blue Jay)의 기반이 될 것이다.

논리 큐비트는 오류 수정된 양자 컴퓨터에서 하나의 큐비트만큼의 양자 정보를 저장하는 단위로, 여러 물리적 큐비트가 협력해 정보를 저장하고 서로의 오류를 모니터링하는 방식으로 구성된다. 

현재 사용되고 있는 일반 컴퓨터와 마찬가지로, 양자 컴퓨터도 큰 작업량을 오류 없이 실행하기 위해 오류 수정이 필요하다. 이를 위해 그룹으로 묶인 물리적 큐비트를 활용해, 기본 물리적 큐비트보다 오류율이 낮은 소수의 논리 큐비트를 생성한다. 그룹의 크기가 커질수록 논리 큐비트의 오류율은 기하급수적으로 감소하며, 이를 통해 더 많은 작업을 실행할 수 있게 된다.

대규모 양자 컴퓨팅을 구현하는 데 있어 핵심은 최대한 적은 수의 물리적 큐비트를 사용해 양자 회로를 실행할 수 있는 논리 큐비트의 수를 늘리는 것이다. 지금까지 과도한 기술적 자원 소모 없이 이러한 오류 내성 시스템을 구축하기 위한 명확한 방법은 발표된 적이 없다.

새로운 IBM 퀀텀 로드맵은 오류 내성 능력을 입증하고 실행하기 위한 주요 기술적 이정표를 제시한다. 로드맵에 포함된 새로운 프로세서는 모듈형으로, 확장 가능하고, 오류 수정된 양자 시스템을 구축하기 위한 특정 문제를 해결하도록 설계되었다.

o IBM 퀀텀 룬(IBM Quantum Loon) (2025년 출시 예정): qLDPC 코드용 아키텍처 구성 요소를 테스트하기 위한 시스템으로, 칩 내에서 더 긴 거리의 큐비트를 연결하는 "C-커플러"를 포함한다.

o IBM 퀀텀 쿠카부라(IBM Quantum Kookaburra) (2026년 출시 예정): 암호화된 정보를 저장하고 처리할 수 있는 IBM의 첫 번째 모듈형 프로세서로, 양자 메모리와 논리 작업을 결합해 단일 칩을 넘어 확장 가능한 오류 내성 시스템을 구축하기 위한 기본 빌딩 블럭을 구성한다.

o IBM 퀀텀 코카투(IBM Quantum Cockatoo) (2027년 출시 예정): 두 개의 쿠카부라(Kookaburra) 모듈을 "L-커플러"를 사용해 얽히게 하며, 더 큰 시스템의 노드처럼 칩을 연결해 비현실적으로 큰 칩 제작의 필요성을 제거한다.

이러한 발전 사항은 2029년 IBM 퀀텀 스탈링으로 완성될 예정이다.