일본, 전용기기로 화학기업 연구기반 확충 … 계산 정확도 향상

일본 화학기업들은 양자컴퓨터를 산업용으로 이용하기 위해 연구개발(R&D)을 가속화하고 있다.
미츠비시케미칼(Mitsubishi Chemical), JSR은 양자컴퓨터 실용화를 위해 설립된 양자 이노베이션 이니셔티브 협의회에 참여하고 있다.
양자 이노베이션 이니셔티브 협의회는 가와사키(Kawasaki) 신산업 창출센터(KBIC)에 설치돼 양자컴퓨터 가동으로 연구개발을 추진하고 있으며 참여기업 모두 이종기업과 협력, 실제 기기를 사용한 연구를 활용해 양자컴퓨터 조기 상용화에 박차를 가하고 있다.
미츠비시케미칼은 최근 리튬공기전지 화학반응 계산과 OLED(Organic Light Emitting Diode) 소재 여기상태(Excited State) 계산 연구에서 성과를 거두었으며, JSR은 포토레지스트 구성 분자를 가장 작은 분자로 모델화한 시뮬레이션을 실시하고 있는 것으로 알려졌다.
일본은 게이오(Keio)대학이 양자컴퓨터 연구에 최초로 착수하며 2018년 INM QuantHub at Keio University를 설립한데 이어 최근까지 양자 이노베이션 이니셔티브 협의회 참여기업 증가와 함께 선구적인 연구 성과가 잇달아 창출되고 있다.
미츠비시케미칼은 DX(디지털 트랜스포메이션) 추진에 총력을 기울이고 있으며 양자컴퓨터를 DX 발전에 중요하면서 필수적인 기술로 설정하고 아직 불가능한 시뮬레이션이나 AI(인공지능) 예측 실현까지 가능할지 확인하고 있다.
리튬공기전지 화학반응 계산에서는 양자컴퓨터를 사용해 복잡한 화학반응을 계산 가능하다는 것을 검증했다. 초반까지 양자컴퓨터 노이즈로 계산 정확도를 높이기 어려웠으나 노이즈 제거를 위한 접근법을 고안함으로써 최종적으로 높은 계산 정확도를 확보한 것으로 알려졌다.
이밖에 양자컴퓨터를 사용해 OLED 소재의 여기상태를 계산하고 계산 결과로부터 OLED 발광성을 예측하는 연구를 진행했으며 자사 발광소재 3개를 대상으로 계산을 실시했다.
과거 노이즈 때문에 실험치를 예측할 수 있는 수준의 계산 정확도를 확보하지 못했으나 리튬공기전지에서 고안한 방법을 응용해 여기상태에서 사용할 수 있도록 개선했고 결과적으로 높은 상관 실험치와 계산치를 얻는데 성공한 것으로 파악된다.
JSR은 감광성 소재 연구에 양자컴퓨터를 활용하고 있다.
빛으로 기능이 발현되는 소재는 실험을 통해 순간적인 발현을 확인하는 것이 어려우나 양자컴퓨터를 사용해 계산 정확도를 높일 수 있을 것으로 기대하고 소재가 빛을 흡수한 다음 어떻게 반응하는지 정확하게 계산하기 위해 주력제품인 포토레지스트에 포함된 소재를 모델화한 H3S+ 분자 기저상태와 여기상태 에너지를 실제 기기로 계산했으며 시뮬레이션까지 성공했다.
미츠비시케미칼과 JSR은 최근 확보한 성과 모두 KBIC의 양자컴퓨터를 사용한 덕분에 얻은 것이라고 평가하고 있다.
주요 화학기업들이 양자컴퓨터 활용에 관심을 가지기 시작했던 2018년까지만 해도 1개 작업을 계산할 때 최소 2-3주는 소요됐으나 KBIC가 일본기업 전용기기를 갖추어 대기시간이 짧고 2-3일이면 계산을 실시할 수 있기 때문이다.
여기에 계산 플랫폼 개선까지 이루어짐으로써 1개 계산을 1시간 안에 마치는 사례까지 등장하고 있다.
KBIC 양자컴퓨터는 계산 성능 향상이 기대되고 있다.
2022년 KBIC의 양자컴퓨터를 사용해 세계 최대 양자회로 최적화 계산에 성공한 내용과 관련해 논문이 공개될 예정이며 JSR은 더 큰 사이즈로 최적화 계산에 도전함으로써 하드웨어 진화와 함께 양자컴퓨터 상용화 속도를 가속화할 계획이다. (K)