일본산업뉴스요약

블루켓, 국산 반도체 양자컴퓨터 공개
2030년에 탁상형 실현을 목표

양자컴퓨터 관련 사업을 전개하는 블루켓(blueqat, 도쿄)이 개발 중인 반도체 방식의 양자컴퓨터를 공개했다. 지금까지는 모형을 전시해 왔지만, 이번에 처음으로 실물을 공개한 것이다. 반도체 제조 기술을 활용해 큐비트 수를 쉽게 늘릴 수 있다는 것이 특징이다. 2030년에는 100만 큐비트의 탁상형 양자컴퓨터 실현을 목표로 하고 있다.

블루켓은 반도체 관련 전시회 ‘SEMICON Japan 2025’(2025년 12월 17~19일, 도쿄 빅사이트)에서 실물을 전시했다. 탑재된 큐비트 수는 공개하지 않았지만, 수 비트 정도일 것으로 추정된다. 시스템 제조와 냉동기 공급에는 스미토모중공업(住友重工業)이 협력했다.

블루켓이 공개한 양자컴퓨터는 데이터센터에 배치되는 것을 상정해 랙 구조를 채택. 크기도 서버 랙과 비슷한 수준이다.

블루켓의 미나토(湊) CEO는 “이번 성과를 기반으로 2026년에 수십 큐비트 규모의 양자칩 탑재를 목표로 하고 있다.”라고 말한다. 그 일부 기능을 클라우드 등을 통해 연구개발용으로 제공할 계획이라고 한다. 양자계산용 반도체칩 제조에는 산업기술종합연구소가 협력하고 있다.

-- 스미토모중공업이 냉동기 제공 --
반도체 방식의 양자컴퓨터는 칩의 설계 및 제조에 반도체 산업 기술을 활용할 수 있다는 것이 강점이다. 블루켓은 집적화를 위해 제어 회로를 포함한 원칩화(SoC)도 시야에 넣고 있다.

양자컴퓨터에서 가장 연구가 활발히 추진되고 있는 초전도 방식과 비교하면, 가동 온도를 높일 수 있어 대규모 냉동기가 필요 없다. 이번에 블루켓이 공개한 양자컴퓨터는 스미토모중공업이 제공하는 소형 냉동기로 약 0.5켈빈(K, 약 -273℃)으로 냉각해 가동시키는 것이다.

블루켓은 앞으로 큐비트 제어 기술을 향상시켜 나갈 방침이다. 큐비트 제어에 ‘Cryo-CMOS(상보형 금속 산화 반도체)’라고 불리는 극저온에서 동작하는 반도체 회로를 사용. 제어 회로를 냉동기 내부에 배치할 수 있기 때문에 케이블을 냉동기 외부로 연결하지 않고 큐비트를 제어할 수 있어 시스템의 간소화 및 저비용화로 이어진다고 한다.

-- 3개의 전자 스핀 상태를 활용 --
블루켓의 양자컴퓨터는 기술적으로 실리콘 안에 전자를 가두는 ‘양자점(Quantum Dot)’을 큐비트로 사용해 양자점에 가두어진 전자의 스핀 상태(자기(磁氣)적 성질)를 계산에 활용한다.

블루켓의 기술은 3개의 전자의 상대적 스핀 상태를 사용하는 ‘EO(Exchange Only) 방식’이라는 점이 특징이다. 큐비트는 자기장의 영향에 강해 오류 정정용 큐비트 수를 줄일 수 있다.

산업기술종합연구소 첨단반도체연구센터의 모리(森) 연구팀장은 “반도체 방식의 양자칩 제조 공정은 일반적인 반도체 제조 공정과 거의 동일하다.”라고 말한다. 그는 산업기술종합연구소에서 양자컴퓨터용 반도체기술개발 책임자를 맡고 있으며, 블루켓의 양자컴퓨터용 칩 개발에도 협력하고 있다.

양자칩은 일반적인 반도체칩과는 다른 구조와 재료가 필요하다고 한다. 예를 들어, 양자 계산 결과를 확인하기 전에 개별 큐비트의 상태를 관측할 수 없다. 계산 결과를 확인하기 전에 큐비트를 관측하면 양자 상태가 붕괴되어 계산이 불가능해진다.

따라서 양자칩에서는 다수의 양자점이 연결된 구조를 만들고, 먼저 그 전체를 제어해 계산을 실행. 그 후, 큐비트 배열과 마주보게 배치한 전하 센서로 계산 결과를 확인한다.

-- 제조 방법은 ‘FinFET’와 동일 --
제조에는 최첨단 반도체인 FinFET 프로세스와 유사한 방법이 사용된다. 핀의 높이는 약 45나노미터(nm)이며, 핀 부분에 게이트 전극을 적층해 전압으로 전자를 가두는 방식이다. 현재는 전자선 리소그래피(Lithography)로 큐비트를 제조하지만, 미국의 반도체 대기업 Intel과 벨기에의 imec은 첨단 반도체 양산에 사용되는 극자외선(EUV) 노광 방식의 제조를 실증했다.

앞으로는 큐비트의 집적 수 증가에 따라 판독 센서를 어떻게 배치할지 등이 기술적인 과제가 될 것이다. 현재는 큐비트와 판독 센서가 서로 마주 보도록 배열되어 있기 때문에 큐비트의 집적 방향은 한 방향으로 제한되어 직선 형태가 된다. 모리 연구팀장은 “집적 수를 늘리려면 큐비트를 평면 형태로 배치해야 하지만, 현재의 서로 마주보는 배치 구조로는 어렵다.”라고 말한다.

재료도 고안할 필요가 있다. 통상적인 반도체칩에 사용되는 것은 천연 실리콘 기판이지만, 양자칩에는 실리콘의 주요 동위 원소(양성자 수는 같고 중성자 수가 다른 원자)인 실리콘28(Si²⁸)을 농축한 기판이 사용된다.

천연 실리콘에는 수 퍼센트의 비율로 실리콘29(Si²⁹) 등 함유량이 적은 동위 원소가 포함되어 있다. 양자칩에서는 이러한 동위 원소가 가진 미세한 핵 스핀이 자기적인 교란 요인이 되어 큐비트의 코히런스 시간(양자 계산을 실행할 수 있는 상한 시간)을 감소시킨다.

이러한 영향을 없애기 위해 Intel과 네덜란드의 델프트공과대학(Delft University of Technology), 우라늄 농축 기업인 유럽의 Urepco 등은 실리콘 내의 실리콘28의 순도를 99% 이상으로 끌어올리는 동위 원소 농축 기술개발을 추진하고 있다.

-- 끝 --

Copyright © 2025 [Nikkei XTECH] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.