"양자 컴퓨팅, 6,100 큐비트 프로세서 개발 '퀀텀 점프' 이뤘다"

또 하나의 주요 양자 컴퓨팅 기록이 압도적인 규모로 경신됐다.

28일(현지시각) 과학 전문매체 사이언스얼럿에 따르면 물리학자들이 무려 6,100개의 큐비트를 포함하는 배열을 구축하는 데 성공했다. 이는 기존 최대 규모 시스템이 포함했던 약 1,000개의 큐비트를 훨씬 뛰어넘는 수치다.


이번 성과는 캘리포니아 공과대학(Caltech) 과학자들의 연구 결과다. 연구팀은 세슘(Caesium) 원자를 큐비트로 사용했으며, 원자를 가능한 한 안정적으로 유지하기 위해 복잡한 레이저 시스템을 '집게'처럼 활용해 원자를 가두었다.

큐비트는 전통적인 컴퓨터의 비트와 달리 '중첩(Superposition)'이라는 현상을 이용한다. 이는 1이나 0 같은 이진 상태뿐만 아니라 확률의 확산을 동시에 이용함으로써 기존 컴퓨팅 방법으로는 해결할 수 없는 문제를 풀 수 있는 알고리즘을 구현할 수 있게 한다.
그러나 양자 알고리즘을 실용화하려면 많은 큐비트가 필요하다. 특히 이처럼 대규모 큐비트 배열을 사용하는 주된 이유는 오류 정정 기능 때문이다. 이 기능은 기계의 작동을 재확인할 수 있는 여유 공간을 제공하여, 큐비트의 본질적인 취약성을 극복하는 데 도움을 준다.


사이언스얼럿에 따르면 이번 큐비트 수의 급격한 증가는 단일한 혁신보다는 레이저 핀셋부터 초고압 진공 챔버에 이르기까지 여러 핵심 분야의 엔지니어링 발전이 누적된 결과다.

특히, 시스템의 안정성 또한 크게 개선됐다. 이 최신 배열의 큐비트는 중첩 상태를 거의 13초 동안 유지했는데, 이는 이전 구성보다 약 10배 더 긴 시간이다.

더욱이 개별 큐비트는 99.98%의 정확도로 조작될 수 있어, 양자 기술의 프로그래밍 가능성 측면에서 중요한 벤치마크를 확립했다.

물리학자 노무라 교헤이는 "대규모, 더 많은 원자를 사용하면 정확성이 떨어질 것이라는 통념과 달리, 우리의 연구 결과는 양과 질 모두 가능하다는 것을 보여준다"고 강조했다.


물리학자 마누엘 엔드레스는 "이는 중성 원자 양자 컴퓨팅에 있어 매우 흥미로운 순간"이라며, "이제 우리는 대규모 오류 정정 양자 컴퓨터로 가는 길을 볼 수 있게 됐다. 기본 구성 요소는 이미 마련됐다"고 말했다.

다만, 양자 컴퓨터가 현대 슈퍼컴퓨터의 실질적인 대안이 되려면 더 많은 큐비트와 훨씬 더 높은 수준의 안정성이 요구된다.

다음 단계로, 연구진은 큐비트 간의 '얽힘(Entanglement)' 현상을 활용하는 연구를 진행할 계획이다. 이를 통해 시스템은 단순 정보 저장 수준을 넘어 실제 정보를 처리하는 수준으로 도약할 수 있을 것으로 기대된다.

물리학자 한나 마네치는 "양자역학만이 가르쳐 줄 수 있는 방식으로 우주에 대해 배우는 데 도움이 되는 기계를 만든다는 것은 흥미로운 일"이라고 밝히며, 양자 컴퓨터를 통해 새로운 물질과 물리 법칙을 발견할 수 있을 것이라고 내다봤다.

이번 연구 결과는 세계적인 과학 저널 '네이처(Nature)'에 게재됐다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com