2019년, 구글이 양자컴퓨터 시제품 시카모어(Sycamore)로 슈퍼컴퓨터가 1만여 년에 걸쳐 처리할 계산 작업을 단 몇 초 만에 끝내면서 테크 업계의 주목을 받았다. 그리고, 지난달, 중국 과학기술대학교 연구팀이 광 기반 양자컴퓨터 지우장(Jiuzhang)으로 슈퍼컴퓨터가 수 억 년 넘게 처리할 수 있는 복잡한 계산을 단 200초 만에 성공하며, 전 세계적으로 양자컴퓨터에 대한 관심이 급격히 높아졌다.
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이후, 전 세계 양자컴퓨터 개발 현황은 어떻게 될까? 글로벌 온라인 테크 미디어 프로토콜의 설명을 중심으로 전 세계 양자컴퓨터 개발 트렌드를 아래와 같이 분석한다.
큐빗이 전부가 아니다?
인텔의 양자 하드웨어 부서 총괄 짐 클락(Jim Clarke)과 마이크로소프트 양자 연구원인 데이비드 레일리(David Reilly)는 양자컴퓨터에서 중요한 것은 큐빗의 수가 아니라 규모라고 말한다.
특히, 양자컴퓨터의 장기적 전략을 생각한다면, 단순히 큐빗 수에만 중점을 두는 것은 바람직하지 않다.
양자컴퓨터에 큐빗을 수십 개 넣는 것은 괜찮다. 실제로 구글의 시카모어는 큐빗 54개가 구성돼, 슈퍼컴퓨터보다 훨씬 빠르고 정확한 계산 능력을 구현했다.
그러나 갈수록 양자컴퓨터 성능이 발전하면서 최소 수 천개의 큐빗을 넣어야 하는 순간이 올 수 있다. 이때, 큐빗을 넣기 위해 전선을 사용한다면, 전선이 엉키는 문제가 발생할 것이다. 결과적으로 양자컴퓨터 자체의 성능에도 문제가 생길 수 있다.
이에, 여러 기업이 큐빗을 더 효율적으로 제어할 수 있는 양자컴퓨터 개발 방법을 집중적으로 연구하고 있다. 일부 기업은 CMOS 기술을 사용해 생성된 실리콘 웨이퍼를 사용해, 극저온 환경에서 큐빗과 함께 작동할 수 있는 컴퓨터를 구상하고 있다.
양자컴퓨터 제어 칩 개발 노력
양자컴퓨터의 큐빗은 영하 272.15℃라는 극저온의 조용한 환경에서 보관해야 제대로 작동하며, 부서지기 쉽다. 이를 제대로 보관하기 위해 헬륨 액체를 사용해 극저온 환경을 유지해야 한다. 큐빗을 보관하는 기기는 내부 공간에 제약이 있지만, 전선 때문에 관리가 어렵다.
양자컴퓨터의 문제를 해결하는 과정에는 제어 칩 재구성 과정이 포함된다. 인텔은 이러한 문제를 해결하고자 영하 269.15℃에서도 작동하는 호스 리지(Horse Ridge) 시리즈 칩을 내놓았다. 호스 리지1은 광범위한 큐빗을 제어하도록 설계됐으며, 호스 리지2는 회전형 큐빗으로 적용 범위를 확장했다.
구글도 인텔과 비슷하게 영하 270.15℃에서 정상 작동하는 제어 칩을 제작했다. 구글 연구팀은 제어 칩 개발 과정에서 양자 제어 칩의 열 손실을 줄이는 데 중점을 두었다. 그러나 '트랜스몬(transmon)'이라는 이름으로 알려진 초전도 큐빗용으로 특별 설계됐다는 점이 인텔의 호스 리지 시리즈와 다르다.
마이크로소프트는 반도체 기술에 의존해, 위상(topological) 큐빗과 작동하도록 설계된 양자 제어 칩을 개발했다. 그러나 마이크로소프트의 칩은 위상 큐빗 이외에 다른 종류의 큐빗과도 작동할 수 있는 것으로 확인됐다.
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