양자 컴퓨터 상용화 난제 풀렸다…큐비트 ‘찰나의 변동’ 100배 빠르게 포착

양자컴퓨터의 핵심 단위인 ‘큐비트(Qubit)’는 주변 환경에 극도로 민감해 아주 작은 결함에도 양자 정보를 잃어버리는 취약성을 갖고 있다.

지금까지는 이러한 성능 변화를 감지하는 데 수분이 소요돼 정확한 상태 파악이 어려웠으나, 최근 덴마크의 코펜하겐 대학교 산하 닐스 보어 연구소(NBI) 연구진이 이를 밀리초(ms, 1000분의 1초) 단위로 추적할 수 있는 획기적인 기술을 개발했다.

22일(현지시각) 과학 기술 전문 매체 피직스 닷 오그(Phys.org)에 따르면 NBI 양자 소자 센터의 파브리치오 베리타 박사가 이끄는 국제 공동 연구팀은 학술지 ‘피지컬 리뷰 X(Physical Review X)’를 통해 큐비트의 에너지 손실률 변동을 실시간으로 포착하는 적응형 측정 방식을 구현했다고 발표했다.


연구팀은 특수 컨트롤러인 FPGA(Field-Programmable Gate Array)를 활용해 일반 컴퓨터와의 데이터 왕복 과정을 생략하고 실험 장치 내에서 직접 데이터를 처리했다. 특히 모든 측정 직후 내부 지식을 업데이트하는 ‘베이지안 모델’을 적용해, 시스템이 스스로 학습하며 큐비트의 상태를 예측하도록 설계했다.
그 결과, 기존 방식보다 약 100배 빠른 속도로 큐비트의 변화를 감지하는 데 성공했다. 이는 큐비트가 에너지를 잃고 ‘좋은 상태’에서 ‘나쁜 상태’로 변하는 고유의 시간 척도와 일치하는 수준이다.


이번 연구는 초전도 큐비트에서 발생하는 변동이 얼마나 빠르게 일어나는지를 세계 최초로 규명했다는 점에서 의미가 크다.

피직스 닷 오그에 따르면 연구를 주도한 베리타 박사는 “양자 프로세서의 전체 성능은 가장 뛰어난 큐비트가 아니라, 가장 성능이 떨어지는 큐비트에 의해 결정된다”며, “우리 알고리즘을 사용하면 어떤 큐비트가 정상이고 불량인지 실시간으로 파악해 대응할 수 있다”고 강조했다.

이번 성과는 향후 양자 프로세서를 대규모로 확장하는 데 필수적인 ‘실시간 교정 및 모니터링’ 시스템 구축의 초석이 될 것으로 기대된다. 연구팀은 앞으로 큐비트 속성 변동을 일으키는 물리적 원인을 규명하고 이를 제어하는 기술 개발에 집중할 계획이다.

이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com