"구글, 양자 컴퓨터 상용화 진일보"

오류정정 기술 확보…확장성 문제 해결 전망

구글이 양자컴퓨터 상용화에 한 걸음 더 다가섰다.

양자컴퓨터 시스템을 위한 오류 정정 기술을 고안함으로써 성능 확장의 걸림돌 하나를 걷어냈다는 소식이다.

디지털 컴퓨터는 전기 신호로 1과 0이라는 2가지 상태를 가리는 정보처리 단위를 사용해 연산을 수행하는 반면, 양자컴퓨터는 동시에 여러가지의 상태를 나타낼 수 있는 양자비트(quantum bits) 또는 큐빗(qubits)이라는 정보처리 단위를 사용해 연산을 수행한다.

이는 병렬 처리 연산 성능에 유리한 특성이다.

이번 소식은 구글이 양자컴퓨터의 정보처리 단위 용량을 끌어올릴 수 있는 기술을 고안했다는 내용으로 요약된다.

미국 지디넷은 지난 9일 "구글 엔지니어들이 양자컴퓨터 'D웨이브'에 더 다양한 분야의 문제를 해결하기 위해 필요한 확장성과 역량을 갖추게 할 방법을 찾았다"며 지난 8일자 영국 네이처를 인용 보도했다.

구글의 초전도체 양자 칩(superconducting quantum chip) 안에서 9개의 큐빗은 각각 이웃한 큐빗과 연결되면서도 개별적으로 제어된다. [사진=구글]

D웨이브는 캐나다 양자컴퓨터 제조업체 'D웨이브시스템즈'가 출시한 양자컴퓨터 이름이다.

몇년 전 구글이 이를 사들여 미국항공우주국(NASA)과 함께 양자컴퓨터 기술을 연구 중이다.

네이처는 지난 2013년 6월 '프로그래머블 퀀텀어닐링의 시험적 시그니처'라는 제목의 남캘리포니아대(USC) 양자컴퓨터 논문을 게재해 그 진위를 인정했다. 이후 구글은 2014년 9월 인공지능(AI) 연구를 위해 양자컴퓨터 전용 프로세서를 비롯한 하드웨어 자체 개발 계획을 밝혔고, 작년말 D웨이브의 성능을 개선해 '일반PC 1억배'의 연산 속도를 실현했다고 주장했다.

이번 보도에 따르면 구글은 아날로그 및 디지털 방법을 조합해, 확장성을 갖춘 다목적 양자컴퓨터를 만들어 이를테면 양자수준에서 분자를 시뮬레이션하는 방식으로 화학 및 물리학 문제를 풀 수 있을만큼 충분한 큐빗을 다루는 장치를 만들어냈다.

[☞참조링크: Google's quantum computer inches nearer after landmark performance breakthrough]

[☞참조링크: Google moves closer to a universal quantum computer]

아날로그 방법은 '단열양자컴퓨팅(AQC)'이라 불리는 D웨이브 자체 연산 방식을 가리킨다. 이 방식은 연산 과정에 오류가 발생할 경우 디지털컴퓨터의 전자회로에서처럼 시스템에서 바로잡힐 수 없다는 제약이 있다. 이 경우 시스템의 규모를 키울수록 임의의 노이즈로 인한 오류도 많아진다는 문제가 있다. 이 방식으로는 실용적인 양자컴퓨터 시스템에 필요한 확장성을 확보하기가 어렵다는 뜻이다.

구글의 컴퓨터 과학자와 USC 물리학자들은 이런 문제를 극복하기 위해, 아날로그 및 디지털식 접근을 결합한 오류 정정 기술을 고안했다. 이번에 네이처에 '초전도회로를 갖춘 디지털화 AQC'라는 제목으로 게재된 논문이 이 방법을 제시하고 있다.

[☞참조링크: Digitized adiabatic quantum computing with a superconducting circuit]

구글 측 연구진은 사파이어 표면에 붙인 알루미늄 띠에 일렬로 배열한 고체 상태(solid-state) 큐빗 9개를 사용한 실험을 수행했다. 알루미늄을 켈빈온도(절대온도) 0.02도까지 식혀, 저항이 없는 초전도체(superconductor)로 만들었다. 양자컴퓨터 시스템에서 다루는 정보가 이 초전도 상태의 큐빗에 기록될 수 있게 했다.

이들은 큐빗의 상태를 기록하기 위해 인접한 큐빗 사이의 상호작용을 디지털 컴퓨터에서처럼 논리게이트(logic gate)로 제어했다. 논문에서 수행한 실험엔 큐빗 9개와 이를 제어하는 논리게이트 1천개가 함께 쓰였다. 이 장치는 현재 프로토타입 수준이지만, 구글 측 연구진은 몇 년 안에 큐빗 40개 이상을 다루는 장치를 만들어낼 수 있을 것이라고 밝혔다.

네이처는 구글 측 연구진이 고안한 장치에 적용된 방법을 통해, 전통적인 컴퓨터 환경에서는 간단히 풀리지만 양자컴퓨터에선 해결하기 어려웠던 집적도 관련 문제뿐아니라, 기존 컴퓨터 환경에선 불가능한 '비확률적(non-stoquastic)' 문제라 불리는 것도 해결할 수 있다고 전했다. 이를테면, 화학 분야에서 정확한 컴퓨터 시뮬레이션을 요하는 여러 전자들간의 상호작용 시뮬레이션도 해결 가능한 문제에 포함된다.

구글 측 연구진 가운데 한 사람인 알리레자 샤바니는 "오류 정정을 통해 우리의 접근방식이 범용 목적의 알고리즘을 실현할 것이고, 이론상, 대규모 양자 컴퓨터로 제약 없는 확장을 할 수 있게 해 줄 것"이라고 말했다.