초전도 양자 컴퓨팅, 99.999% 충실도 달성…실용화 문 열었다

양자 컴퓨터의 상용화를 가로막던 가장 큰 장벽인 '연산 오류' 문제를 획기적으로 해결할 수 있는 기술이 개발됐다고 양자 컴퓨팅 전문매체 퀀텀 자이트가이스트가 29일(현지시각) 보도했다.

보도에 따르면 독일 율리히 연구센터(Forschungszentrum Jülich)를 필두로 한 공동 연구팀이 초전도 큐비트 제어의 충실도(Fidelity)를 99.999%까지 끌어올리는 데 성공하며, 실용적 양자 컴퓨팅 시대를 앞당겼다.


양자 컴퓨팅에서 큐비트를 조작하는 행위는 필연적으로 오류를 동반한다. 특히 연산 속도를 높이기 위해 강한 구동 신호를 가할 경우, 큐비트가 설계된 에너지 준위를 벗어나 고에너지 상태로 빠져나가는 '누설(Leakage)' 현상이 발생한다. 이는 양자 정보의 결합을 깨뜨리는 치명적인 원인이 된다.

퀀텀 자이트가이스트에 따르면 호세 디오고 다 코스타 제수스(José Diogo Da Costa Jesus) 박사가 이끄는 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 'R1D'와 'R2D'로 명명된 새로운 재귀적 분석 공식을 개발했다. 이 공식은 매우 빠른 게이트 연산 과정에서 발생하는 원치 않는 전이를 수학적으로 예측하고, 이를 상쇄하는 정밀한 펄스 파형을 생성한다.

연구팀은 기존의 단순화된 3단계 큐비트 모델을 넘어, 4단계 에너지 준위 시스템을 기반으로 한 정밀 동역학 모델을 구축했다. 이를 통해 단일 광자 및 이중 광자 누출 채널을 동시에 차단하는 '단열 게이트 미분 제거(DRAG)' 기법을 완성했다.

그 결과, 단 6.7ns(나노초, 10억 분의 1초)라는 극히 짧은 회전 시간 내에 게이트 불충실도를 10⁻⁵(0.001%) 미만으로 유지하는 대기록을 세웠다. 이는 기존 초전도 큐비트 시스템의 성능 한계를 한 자릿수 이상 뛰어넘는 수치로, 사실상 오류가 거의 없는 양자 연산이 가능함을 입증한 것이다.


이번 연구의 가장 큰 의의는 새로운 장비를 도입하지 않고도 기존의 초전도 하드웨어를 그대로 사용해 성능을 비약적으로 높일 수 있다는 점이다. 연구팀이 제시한 펄스 셰이핑(Pulse Shaping) 및 능동적 오류 제거 전략은 확장성이 뛰어나 대규모 양자 프로세서 구축에도 즉각 적용이 가능하다.

연구팀은 "이번 성과는 제어 매개변수 최적화에 대한 오랜 질문에 마침표를 찍은 것"이라며 "양자 정보를 손상시키지 않고 오류를 스스로 수정하는 '내결함성(Fault-tolerant) 양자 컴퓨팅' 구현을 위한 핵심 기술이 될 것"이라고 강조했다.

이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com


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