화학뉴스

양자컴퓨터는 확장성을 중심으로 개발 경쟁이 치열해지고 있다.
글로벌 양자컴퓨터 개발 흐름을 주도하고 있는 미국 IBM은 양자 프로세서와 함께 세계 최초 모듈형 양자컴퓨터 공급을 적극화하고 있으며, 신흥강자로 떠오른 영국의 OQC(Oxford Quantum Circuits)는 독자 개발한 구조로 기능을 확장한 신규 프로세서를 데이터센터 설치 계획을 밝힘으로써 큐비트(Qb) 확대 및 확장성 경쟁이 본격화된 것으로 파악된다.
IBM은 최신 양자 프로세서 Condor(1121Qb)와 Heron(133Qb), 양자컴퓨터 퀀텀 시스템 2 등을 공개했다.
Condor은 교차공명 게이트 기술을 이용해 1000Qb 이상을 실현하고 희석 냉동기에 1마일 이상의 장대한 입출력(I/O) 배선을 배치함으로써 수율 개선을 도모한 것이 특징이며, Heron은 기존 프로세서(127Qb)에 비해 오류를 20%로 줄였을 뿐만 아니라 고정 주파수 Qb를 133개 탑재해 크로스토크(누화) 현상 억제에 성공했다.
Heron 프로세서를 탑재한 퀀텀 시스템 2는 세계 최초의 모듈형 양자컴퓨터로 뉴욕 연구소에서 가동하고 있으며 금융, 화학, 물리, 소재 개발 분야에서 효율을 높이고 있다.
IBM은 2025년까지 156Qb, 2029년 200Qb, 2033년 2000Qb를 개발하고 10억게이트를 실현하는 것을 목표로 하고 있으며, 특히 Heron 프로세서는 2024년 5000게이트를 달성할 예정이다.
OQC는 2023년 11월 기존 8Qb에서 32Qb로 확장한 프로세서 Toshiko를 공개했으며 수개월 안에 데이터센터에 도입할 계획이다. Qb를 고밀도 실장하는 3차원 기술로 확장성과 연산시간을 모두 확보한 것으로 평가된다.
OQC는 주로 일본에서 투자금을 확보하고 있으며 최근 도쿄(Tokyo)에서 양자컴퓨터와 기존 컴퓨터를 하이브리드화한 데이터센터를 설치해 Toshiko 가동을 시작했다.
국내에서는 정부출연연구기관인 기초과학연구원(IBS) 양자나노과학연구단이 일본, 스페인, 미국 연구팀과 공동연구를 통해 새로운 Qb 설계 방식을 제시했다.
기초과학연구원의 안드레아스 하인리히 연구단장(이화여대 석좌교수) 등 연구진은 얇은 절연체(산화마그네슘) 표면 위에 여러 개의 티타늄 원자들이 놓인 구조의 Qb 플랫폼을 제시했다.
주사터널링현미경(STM)은 탐침 장비를 이용해 원자별 위치를 정확하게 조작하고 여러 원자 스핀들이 상호 작용할 수 있는 복수 티타늄 원자 구조를 만드는 것이 핵심으로, 연구진은 센서 역할을 할 티타늄 원자(센서 큐비트)에 탐침을 두고 원격제어 방식으로 센서와 원거리에 놓인 여러 Qb(원격 Qb)들을 하나의 탐침으로 동시에 제어하고 측정함으로써 Qb 간 정보 교환을 원자 단위에서 정밀하게 제어할 수 있도록 했다.
이를 통해 앞서 해외 연구의 Qb 설계방식에서 단점으로 지적된 정밀성 문제를 상당부분 해결했으며 Qb 여러 개를 동시에 제어함으로써 소형화된 양자컴퓨터 개발에 초석이 될 것으로 기대를 모으고 있다. (강)