퀀텀 컴퓨팅(Quantum computing)은 양자 기술(Quantum technology)의 대표주자로 인공지능(AI)과 함께 최근 글로벌 시장에서 가장 각광받고 있는 분야다. 디지털 컴퓨팅이 주도하는 기존 컴퓨터의 패러다임을 완전히 바꿀 것으로 예상되는 퀀텀 컴퓨팅은 기존 컴퓨터가 풀기 어려운 미지의 영역까지도 해결의 실마리를 제공하는 막강 영향력을 행사할 것으로 기대한다. 이에 따라 우리 정부도 양자 기술의 선도국가가 되기 위해 노력하고 있다. 그렇다면 퀀텀 컴퓨팅 ‘격전지’에서는 어떤 일이 벌어지고 있는지 따라가 보기로 한다. <편집자 주>

 

 

[뉴스투데이=최봉 산업경제 전문기자] 현재 아이온큐(IonQ)는 전 세계에서 가장 강력한 퀀텀 컴퓨터와 동등한 수준의 제품을 개발한 것으로 알려져 있다. 실제로 가장 최근에 개발한 퀀텀 컴퓨터는 상업적 환경에서 활용되는 최초의 제품이 될 전망이다.

 

IonQ는 이를 자랑스럽게 생각하면서, “양자 컴퓨터가 충분히 강력하고 안정화되면, 양자 컴퓨터의 고유한 연산 능력은 가장 큰 슈퍼컴퓨터의 능력을 뛰어넘으면서 세상을 바꾸는 문제를 해결할 수 있을 것이다.”라고 언급했다.

 

 

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•IBM, 퀀텀 컴퓨팅 시스템 품질 지표로 ‘양자 볼륨(QV)’ 제시

 

IonQ의 이 같은 자신감의 근거는 무엇일까? 이를 알기 위해서 우선 퀀텀 컴퓨터의 성능을 나타내는 지표에 대해 언급할 필요가 있다.

 

퀀텀 컴퓨터의 계산 능력을 얘기할 때 큐비트(qubit)의 수는 중요한 척도이다. n개의 큐비트라면 2^n(2의 n승)개의 정보(경우의 수)를 병렬 계산할 수 있음을 의미하기 때문이다.

 

그런데 문제는 큐비트가 매우 불안정한 상태를 유지하다 보니 고전적 컴퓨터에 비해 퀀텀 컴퓨터는 오류가 잦다는 것(error에 취약)이다. 즉, 큐비트 수가 시스템의 물리적 구조에 대한 정보를 보여 주지만 시스템의 ‘품질’을 나타내는 것은 아니라는 사실이다.

 

그래서 IBM은 2018년에 ‘양자 볼륨(QV, quantum volume)’이라는 양자컴퓨터의 성능을 나타내는 지표를 제시했다.

 

QV는 물리적 큐비트의 수뿐만 아니라 큐비트 간의 연결성, 에러가 일어나기 전에 진행할 수 있는 게이트의 수 등 총 3가지 요인을 반영한 지표다.

 

 

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•IonQ, IBM의 QV 한계 지적하면서 ‘알고리즘 큐비트(AQ)’ 제시

 

한편, IonQ는 2020년에 ‘알고리즘 큐비트(AQ, Algorithmic Qubits)’라는 새로운 지표를 제시했다. IonQ는 IBM이 도입한 일반적인 QV 측정지표로는 장기적으로 한계가 있다고 판단했다.

 

퀀텀 컴퓨터가 취급하고 처리해야 할 숫자가 너무 커서 화면에 표시할 수 없기 때문에 QV를 지표로 사용하는 것은 곧 무용지물이 될 것이라는 것이 IonQ의 생각이다.

 

IonQ CEO인 피터 채프만(Peter Chapman)은 블로그 게시물에서 QV를 측정지표로 사용하는 것은 마치 트랜지스터 수를 기준으로 프로세서를 구입하는 것과 같다고 말했다(ZDNET, 2020.12.9.).

 

 

채프만은 게시물을 통해 일반적인 양자 프로그램에서 알맞게 사용할 수 있는 사실상 완벽한 큐비트의 최대 수로 정의되는 AQ를 소개했다.

 

AQ는 QV와 비슷한 개념이지만 오류 수정(error-correction)을 고려하며 큐비트 수와 명확하고 직접적인 관계가 있다. AQ는 퀀텀 컴퓨터에서 ‘유용한’ 인코딩된 큐비트 수를 나타내며, 주어진 입력 크기에 대해 실제 양자 알고리즘을 실행할 수 있는 능력을 나타내는 지표다.

 

IonQ 주장에 따르면, AQ = log₂(QV), 또는 QV = 2^AQ가 된다.

 

AQ는 일반적으로 물리적 큐비트 수보다 작다. 충실도(fidelity)가 95%인 72큐비트 칩과 100만 큐비트 칩은 모두 QV가 8이고 AQ가 3이다. 이 충실도를 사용하면 물리적 큐비트 수에 상관없이 오직 3개의 큐비트만 계산에 사용할 수 있다는 것이다(ZDNET, 2020.12.9.).

 

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•IonQ 퀀텀 컴퓨팅 로드맵 발표, AQ 65개 수준 2025년 출시 목표

 

IonQ는 AQ를 기반으로 한 IonQ 퀀텀 컴퓨팅 로드맵을 2020년에 발표했다. 당시 출시된 99.9% 충실도의 32큐비트 시스템이 이미 22개의 AQ를 갖추고 있다고 밝힌 바 있다.

 

< IonQ 퀀텀 컴퓨팅 로드맵 >

 

IonQ는 로드맵에 맞춰 순조롭게 제품을 만들어 나가고 있다. 현재 ‘하모니(Harmony)’, ‘아리아(Aria)’, ‘포르테(Forte)’ 등 총 3종의 제품군을 구비하고 있다.

 

하모니는 2020년부터 활용하고 있는데 AQ가 9개이며, 아리아는 2022년 출시되었고 AQ 25개 수준이다. 포르테는 2022년부터 활용하고 있으며 AQ가 35개다.

 

IonQ가 2025년 출시를 목표로 준비하고 있는 제품이 ‘템포(Tempo)’인데, AQ 64개 수준인 것으로 알려져 있다.

 

IBM의 퀀텀 컴퓨팅 로드맵은 2023년 1,121큐비트 시스템을 계획하고 있었다(필자의 이 시리즈 6편(2023.11.16.) 참고). AQ를 기준으로 하면 이 시스템은 65큐빗(AQ 65) 수준이다.

 

IonQ가 전 세계에서 가장 강력한 퀀텀 컴퓨터와 동등한 수준의 제품을 개발한다는 주장에 어느 정도 수긍하게 된다.

 

다음 편에서도 이어서 IonQ의 다양한 사업 전개 상황을 살펴보겠다.

 

 

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