캘리포니아대 연구진, 확장 가능한 양자 컴퓨팅 시스템 개발 성공

현재의 양자 컴퓨터는 잠재력이 무궁무진하지만, 대부분의 장치가 소규모에 불과해 대규모 응용 분야에 활용하기 어렵다는 한계가 있었다.

이런 가운데 최근 미국 캘리포니아 대학교 리버사이드 캠퍼스(UCR) 연구진이 여러 개의 작은 칩을 연결해 하나의 강력한 장치처럼 작동하는 '확장 가능한' 양자 아키텍처를 개발하는 데 성공했다고 갤리포이나 대학교 매체가 28일(현지시각) 보도했다.

이번 '확장 가능한 양자 아키텍처' 개발은 양자 하드웨어의 확장성과 내결함성을 동시에 해결한 획기적인 진전으로 평가받고 있다.


보도에 따르면 UCR 연구진은 '피지컬 리뷰 A(Physical Review A)' 저널에 게재된 논문에서, 서로 다른 양자 칩을 연결할 때 발생하는 불완전성에도 불구하고 안정적인 시스템을 구축할 수 있음을 입증했다.
논문의 제1저자인 모하메드 A. 샬비 UCR 물리천문학과 박사과정생은 "기존 칩을 연결해 훨씬 더 큰 장치를 만들면서도 오작동 없이 작동할 수 있음을 보여줬다"라며, "이는 양자 시스템 구축 방식에 있어 근본적인 전환을 의미한다"라고 말했다.

연구팀은 시뮬레이션을 통해 칩 간의 연결이 칩 자체보다 최대 10배 더 많은 노이즈를 발생시키더라도 시스템이 오류를 감지하고 수정할 수 있다는 사실을 발견했다. 이는 완벽한 하드웨어 없이도 양자 컴퓨터를 확장할 수 있다는 중요한 의미를 담고 있다.


박사 과정생 샬비는 안정적인 양자 컴퓨팅 성능을 위해서는 단순히 큐비트(qubit)의 수를 늘리는 것만으로는 부족하다고 설명했다. 오늘날의 '논리적' 큐비트는 수백 또는 수천 개의 물리적 큐비트로 구성돼야만 오류를 수정하고 안정성을 확보할 수 있다.

연구팀은 가장 널리 사용되는 오류 정정 기술인 '표면 코드(surface code)'에 기반한 '표면 코드 칩'을 활용해 시뮬레이션을 진행했다. 이 칩은 자체 아키텍처 내에서 오류를 관리하고 정정하는 기능을 갖추고 있어 고충실도의 논리 큐비트를 구현할 수 있다.

이번 연구는 구글의 기존 양자 인프라를 바탕으로 다양한 아키텍처와 연결 방식에 대한 수천 건의 시뮬레이션을 통해 이루어졌다.

샬비는 "그동안의 양자 기술 발전이 큐비트 수에 초점을 맞췄다면, 이번 연구는 내결함성을 갖춘 양자 시스템을 '지금 당장' 구축할 수 있음을 보여준다"라고 강조했다.

이 연구는 매사추세츠 공과대학교(MIT)의 연구 결과를 기반으로 진행되었고, 미국 국립과학재단(NSF)의 지원을 받았다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com