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[기술/특허]

 

CQC, IBM‧하니웰 출자 잇따라
양자컴퓨터 메이저들은 영국 양자 계산 소프트 벤처기업 Cambridge Quantum Computing(CQC)에게 잇따라 투자하고 있다. 미국 IBM이 2020년 2월 투자한데 이어 3월에는 하니웰(Honeywell)도 출자를 표명했다.
양자계산법이나 용도 개발 분야에서 협업하기 위한 것이다.
양자컴퓨터는 이제 막 시작된 기술로 기존 컴퓨터와 같은 표준 사양이 없으며 기술자들은 기종별로 프로그램을 새로 작성해야 해 시간을 허비하는 사례가 많은 것으로 알려졌다.
그러나 CQC는 하나의 프로그램으로 다른 기종에서도 사용할 수 있는 컴파일러(Compiler) 기술을 보유하고 있어 관련기업으로부터 많은 관심을 받았다.
CQC는 IBM의 양자 계산 프로젝트인 Q 네트워크에 2018년부터 참여하면서 공동연구를 진행해왔고 IBM 출신인 데니스 라프너가 최고사업책임자를 맡는 등 IBM과 밀접한 관계이나 최근 IBM의 라이벌인 하니웰 산하 투자기업인 Honeywell Ventures로부터도 출자를 받았다.
출자액은 IBM과 하니웰 모두 공개하지 않았으나 양사는 자사의 양자 컴퓨팅 서비스를 최초로 제공한 대상이 CQC이고 게이트 방식 양자컴퓨터를 사용하고 있다는 공통점이 있다.
양자컴퓨터에서 연산을 실행하는 소자(양자비트)는 IBM이나 구글과 같은 환경에서 동작하는 초전도소자가 일반적인 반면, 하니웰은 이온을 레이저로 제어해 양자 연산을 실행하는 이온 트랩 기술을 사용하고 있고 양자 상태를 길게 유지할 수 있는 것이 강점이며 연산능력도 유리한 것으로 알려졌다.
이밖에 포톤을 사용하는 방식 등 최근에는 더욱 다양한 방식들이 개발되고 있다.

 

토탈과는 CCUS 기술 공동개발 추진
양자컴퓨터는 소재나 신약 개발 분야에서 활용을 확대하고 있으며 프로세스계 기술자들은 실험 모델을 개발하기 위해 적절한 하드웨어를 선택하고 퍼포먼스 평가에 주력하고 있다.
그러나 IBM, 하니웰 등 동작 시스템이 서로 다른 경우에는 동일한 프로그램을 사용할 수 없고 6-12개월을 투자해 프로그램을 작성해도 기종별로 다르게 적용해야 한다는 과제가 남아 있다.
하지만, CQC의 컴파일러 Tlket을 사용하면 하나의 프로그램을 하드웨어별로 변환할 수 있어 퍼포먼스 차이가 하드에서 기인한 것인지 혹은 소프트 때문인지를 파악하기 쉬워지며 개발효율을 높이는데 도움이 될 것으로 기대되고 있다.
소재 분야에서는 MI(Material Informatics) 활용이 확대되고 있는 가운데 양자컴퓨터가 실용화된다면 반도체, 배터리 소재 개발 프로그램이 어떠한 머신으로 최고의 성능을 발휘할 수 있는지도 판단하기 쉬워질 것으로 예상되고 있다.
CQC는 2020년 4월 석유 메이저인 프랑스 토탈(Total)과 공동으로 이산화탄소(CO2) 회수‧이용‧저장(CCUS) 기술을 개발한다고 발표했다.
일본 JSR도 CQC에 출자하고 있어 화학 계산모델 개발 등 화학 분야의 양자컴퓨팅 활용이 본격화될 것으로 예상되고 있다.

 

양자화학 계산 통해 화학소재 개발 “최적화”
양자컴퓨터는 1이나 0 가운데 하나가 아니라 1과 0 모두 존재하는 양자의 성질 계산에 활용하고 있다. 일반적으로 전자는 실리콘(Silicone) 칩, 후자는 양자비트 소자를 조합함으로써 시스템을 만들고 있다. 
구글이 2019년 가을 기존의 슈퍼컴퓨터를 상회하는 성능을 양자컴퓨터에서도 발휘할 수 있는 양자초계성을 달성했다고 발표함에 따라 2022년경에는 양자컴퓨터가 양자화학 계산 영역에서 실용화될 것으로 기대되고 있으며 IBM, 마이크로소프트(Microsoft) 등도 하드웨어 벤더로서 실용화를 위해 나서고 있다.
양자화학 분야에서 곧 활용이 가능해질 것으로 기대를 모으고 있는 NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum Computing)는 계산에 일정 노이즈를 포함한 중규모 양자컴퓨터로, 100% 정확하지 않은 한정된 계산자원을 유효하게 활용함으로써 더 빠르고 정확하게 양자화학 문제를 앱+5p의(Killer App) 등장이 시급히 요구되고 있다.

 

일본, 산학 연계 커뮤니티에 화학기업 다수 참여
일본에서도 소재를 개발하기 위해 양자컴퓨터를 활용하기 위한 움직임이 본격화되고 있다.
양자컴퓨터 소프트웨어 개발 스타트업인 큐나시스(QunaSys)가 개발하고 있는 소프트웨어는 NISQ 활용을 위한 양자화학 계산에 특화된 것으로, JSR과 JXTG Holdings 등이 공동연구를 진행하고 있다.
큐나시스는 양자컴퓨터 응용을 위한 산학 연계 커뮤니티인 QPARC를 7월 설립할 계획이다.
미츠비시케미칼(Mitsubishi Chemical), 스미토모케미칼(Sumitomo Chemical), 도레이(Toray), 세키스이케미칼(Sekisui Chemical), 신에츠케미칼(Shin-Etsu Chemical), 다이킨(Daikin), 산요케미칼(Sanyo Chemical) 등 화학기업은 물론이고 무라타(Murata Manufacturing), 교세라(Kyocera) 등 전자부품 생산기업과 JX Nippon Mining & Metals를 비롯한 비철금속 관련기업까지 포함해 22사가 참여 의사를 밝히고 있다.
구글이나 마이크로소프트, 도요타통상(Toyota Tsusho) 등도 스폰서로 참여하며 앞으로도 모집활동을 계속할 예정이어서 총 30사 체제에서 출범할 가능성이 높아지고 있다.
일본의 소재 생산기업이 보유한 소재 개발 분야의 뛰어난 노하우와 양자컴퓨터를 조합한다면 신소재 개발로 이어질 수 있다고 기대하고 있다.
NISQ 양자 계산 기초 등을 배우는 스터디 모임도 진행할 예정이며 화학기업과 대학 연구자들이 협업하는 산학 연계의 장, IBM을 비롯한 하드웨어 벤더와의 교류의 장, 오픈 이노베이션을 위한 장소 등으로 활용함으로써 양자컴퓨터를 활용한 소재 개발을 지원할 방침이다.
2021년 4월 이후 컨소시엄형 공동연구를 시작할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

 

양자 2.0 전략 통해 측정‧조작‧제어 이론 확립
일본은 새로운 양자기술 연구개발(R&D) 전략 양자 2.0을 추진하고 있다.
일본 과학기술진흥기구 연구개발전략센터(CRDS)는 양자기술을 통한 일본의 경제· 산업 발전과 안전 보장을 목적으로 하는 양자 2.0 전략을 2020년 1월 발표했다.
양자 관련 조작·제어 기술을 진전시켜 사회적 과제를 해결하고 산업 응용을 위한 연구개발 필요성이 높아지고 있기 때문으로, 현재까지는 불가능했던 양자 특유의 성질을 제어·활용해 사회·경제적 과제 해결이나 국가안전 보장, 산업 경쟁력 강화, 네트워크 구축을 위한 대응 방향을 제시할 계획이다. 
양자 2.0 전략은 양자기술의 발전과 산업 응용을 위한 R&D 과제를 제시하고 있다.
양자 컴퓨팅 시뮬레이션은 양자화학 계산과 양자기계 학습 등 NISQ의 킬러 앱 탐색에 필수적인 양자·고전 하이브리드 알고리즘을 개발할 계획이다. 킬러 앱은 시장에 등장하자마자 경쟁제품을 몰아내고 시장을 장악하는 새로운 서비스·상품을 의미한다. 
양자 센싱은 다이아몬드 NV 중심 양자 센싱 또는 편광에 의한 센싱 기술을 통해 생체 계측 및 의료 진단용 프로토 타입을 제작할 방침이다. 
양자 암호·통신은 양자키 분배(Quantum Key Distribution: QKD) 장비 개발, 코스트 절감 및 시험운용을 통한 킬러 앱 탐색을 통해 중장기적으로 통신위성 장거리 QKD 및 고속화·장거리화를 위한 양자 메모리 뿐만 아니라 양자 중계기술의 원리 실증 및 소규모 양자 네트워크 실현을 목표로 연구를 추진하고 있다.
또 새로운 양자 소재를 지속적으로 개발함으로써 기존 분야에 혁신을 일으킬 수 있는 신개념 물질·기술을 창출하고 위상적 양자물질 스핀트로닉스 소재, 에너지 변환 소재, 포토닉스 소재를 연구할 계획이다.
일본은 공통 양자 플랫폼을 조성해 단일 광자제어 베이스 큐비트 결합 인터페이스 기술 등 양자 측정·조작·제어 기술과 이론 확립을 서두르고 있다.


표, 그래프: <양자키 분배>

<화학저널 2020년 11월 2·9일>

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[게시일 2011년 2월1일]

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