아이온큐, 양자 컴퓨팅으로 AI 성능 '퀀텀 점프'… LLM·이미지 생성 혁신

상업용 양자 컴퓨팅 및 네트워킹 분야의 선두 기업인 아이온큐(IONQ)가 인공지능(AI) 및 머신 러닝 분야에서 양자 컴퓨팅의 혁신적인 응용 사례를 잇따라 공개하며 업계의 주목을 받고 있다.

1일(현지시각) 투자 전문매체 인베스팅닷컴 등 외신에 따르면 아이온큐는 최근 발표한 두 편의 연구 논문을 통해 양자 컴퓨팅이 대규모 언어 모델(LLM)과 생성형 AI의 성능을 획기적으로 향상시키는 하이브리드 양자-고전적 접근 방식에서 상당한 진전을 이루었음을 입증했다.

아이온큐 연구진은 이번 연구를 통해 데이터가 부족한 환경과 복잡한 작업에서 AI 분야의 실용적이고 단기적인 상업용 양자 응용 분야에 집중하고 있음을 강조했다. 특히 희귀 이상 현상의 합성 이미지를 생성하고, 미세 조정을 위한 양자 계층을 추가해 LLM의 성능을 향상시키는 등 첨단 소재 개발을 지원하는 양자 컴퓨팅의 잠재력을 제시했다.


아이온큐는 최근 발표한 논문에서 LLM 미세 조정을 강화하기 위해 설계된 하이브리드 양자-고전 아키텍처를 새롭게 선보였다. 이 아키텍처는 사전 훈련된 LLM에 소량의 훈련 데이터를 추가하고, 양자 머신 러닝을 통해 특정 기능에 최적화하는 방식을 채택했다.
성능 비교를 위해 아이온큐 연구진은 문장 내 단어 예측에 널리 사용되는 오픈 소스 LLM에 매개변수화된 양자 회로를 새로운 계층으로 통합했다. 이러한 양자 미세 조정 단계를 통해 하이브리드 모델은 문장의 감정을 이해하는 능력에서 기존 방식 대비 뛰어난 성능을 입증했다.

실험 결과, 하이브리드 양자 접근법은 정확도 측면에서 기존 방식만을 사용한 방법보다 우수했으며, 유사한 수의 매개변수를 사용한 기존 모델보다 유의미한 차이를 보였다.

연구진은 큐비트 수가 증가함에 따라 분류 정확도가 향상되는 경향을 확인했으며, 특히 46큐비트 이상의 문제 규모에서는 하이브리드 양자 알고리즘을 사용한 추론이 기존 모델 대비 상당한 에너지 절감 효과를 가져올 것으로 예측했다. 이는 자연어 처리, 이미지 처리, 화학, 생물학, 재료 과학 등 다양한 분야의 AI 모델 성능 향상에 양자 강화 미세 조정이 광범위하게 활용될 수 있음을 시사한다.

인베스팅닷컴에 따르면 아이온큐의 애플리케이션 개발 이사인 마사코 야마다는 "이번 연구는 양자 컴퓨팅을 기존 AI 워크플로에 전략적으로 통합해 데이터가 부족한 환경에서 기존 AI LLM의 표현력을 어떻게 향상시킬 수 있는지 보여준다"며, "LLM은 단순한 '언어' 애플리케이션을 넘어 다재다능함을 입증했으며, 하이브리드 양자-고전 모델이 차세대 AI 역량을 이끌어낼 수 있는 핵심적인 역할을 할 것으로 기대한다"고 말했다.


별도의 연구 논문에서 아이온큐는 최고 수준의 자동차 제조업체와 협력해 양자 강화 생성적 적대 신경망(GAN)을 재료 과학 분야에 적용한 결과를 발표했다.

연구진은 GAN을 학습시켜 양자 회로의 출력 분포를 샘플링함으로써 강철 미세 구조의 합성 이미지를 생성하는 데 성공했다. 이는 데이터 확보가 어렵고 모델 학습 효율성이 낮은 기존 이미징 기법을 보완하는 데 활용될 수 있다.

아이온큐의 하이브리드 QGAN 기법을 사용하여 생성된 미세 구조 이미지는 기존 생성 모델을 사용해 생성된 이미지보다 최대 70% 더 높은 품질 점수를 기록했다. 산업용 AI 모델은 종종 독점적인 데이터 세트에 의존하기 때문에 데이터 부족, 불균형, 또는 데이터 생성 비용 등의 어려움에 직면할 수 있다. 이러한 상황에서 고품질의 이미지 데이터를 보완하는 능력은 제조 공정 매개변수를 최적화하여 엄격한 요구 사항을 충족하는 재료 특성을 도출하는 AI 모델 개발에 필수적이다.

아이온큐의 제품 담당 수석 부사장인 아리엘 브라운스타인은 "이번 연구는 아이온큐의 양자 컴퓨터와 기존 머신 러닝의 결합이 재료 과학 및 제조 분야에서 얼마나 놀라운 결과를 가져올 수 있는지 보여주는 강력한 사례"라며, "기존 컴퓨팅을 사용하여 실험 데이터를 합성 데이터 생성과 결합하는 방식은 비용이 많이 들고 효율성도 제한적일 수 있다. 이번 연구는 양자 하이브리드 접근법이 기존 방식보다 적은 데이터로 더 높은 품질의 이미지를 생성할 수 있으며, 재료 과학, 의료 영상, 금융 예측 등 다양한 산업 분야에 새로운 응용 분야를 창출할 수 있음을 시사한다"고 강조했다.

아이온큐는 최첨단 포르테 엔터프라이즈(Forte Enterprise)급 양자 컴퓨터를 통해 기존 컴퓨팅 성능을 뛰어넘고 AI 통합 가능성을 제시하는 새로운 기술 혁신을 지속적으로 추진하고 있다. 이러한 연구 성과는 최근 앤시스(Ansys)와 공동으로 발표한 새로운 양자 시뮬레이션 도구에 이은 것으로, 컴퓨터 지원 공학(CAE) 산업에서 사용되는 워크플로우를 최대 12%까지 개선한 것으로 나타났다. 또한 IonQ는 일본 산업기술총합연구소(AIST) 산하 양자 AI 글로벌 연구 개발 센터(G-QuAT)와 AI를 활용한 하이브리드 양자 컴퓨팅 기술 발전을 위한 양해각서(MOU)를 체결하며 AI 분야에서의 협력을 강화하고 있다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com


[알림] 본 기사는 투자판단의 참고용이며, 이를 근거로 한 투자손실에 대한 책임은 없습니다.