일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2020.12.11

완전한 양자컴퓨터의 실현이 가까워졌다
구글과 스타트업의 승산은?

지금의 양자컴퓨터는 양자비트의 오류 정정을 할 수 없는 불완전한 존재이다. 그렇다면 완전한 양자컴퓨터는 언제쯤 실현될 수 있을까? 일본의 보도에 따르면 20~30년 후라고 하는 전망이 일반적이지만, 미국 구글(Google)이나 스타트업 등은 5~10년만에 실현이 가능하다는 강한 자신감을 내비치고 있다.

향후 10년간 실용적인 오류 정정 양자컴퓨터를 개발한다---. 구글은 2020년 12월 8~10일(미국 시간)에 개최된 양자컴퓨터 이벤트 ‘Q2B’에서 양자컴퓨터의 개발 로드맵을 설명했다.

구글은 2019년 가을에 양자비트를 54개 탑재하는 ‘시카모어(Sycamore)’를 사용해 기존의 컴퓨터에서는 도달 할 수 없는 능력을 가지는 것을 나타내는 ‘양자 우월성 (Quantum supremacy)’을 실증했다. 그러나 시카모어는 양자비트의 수가 적고 오류 정정을 할 수 없는 ‘NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum Computer; 노이즈가 있어 스케일 하지 않는 양자컴퓨터)’라고 불리는 존재이다. 현재 구글은 NISQ의 유용한 용도를 찾는 것과 동시에, 양자 계산에 빠뜨릴 수 없는 양자비트의 오류 정정이 가능한 하드웨어 개발을 추진하고 있다.

-- 구글의 오류 정정 양자컴퓨터는 2029년 --
오류 정정이 가능한 양자컴퓨터는 ‘만능(유니버설) 양자컴퓨터’나 ‘내장애성(Fault Tolerant) 양자컴퓨터’ 등으로 불린다. 구글은 이 양자컴퓨터의 실현 시기에 대해 2029년이라는 로드맵을 세웠다.

양자비트의 오류 정정이 가능할 수 있게 하기 위해서는 양자비트의 에러율을 0.001% 미만으로 줄인 다음, 100만개의 양자비트를 하드웨어에 구현할 필요가 있다고 한다. 그러한 하드웨어는 어떤 것이 될 것인가, Q2B의 강연에서는 그 전망에 대해서도 명확히 밝혔다.

구글은 초전도 방식의 양자비트를 채택하고 있기 때문에 양자비트는 절대온도 0도에 가까운 초저온의 상태로 가동할 필요가 있다. 현재의 시카모어는 양자비트를 식히기 위해 직경 1미터 정도의 원통형의 희석 냉동기를 사용하고 있다.

그에 반해, 100만 개의 양자비트를 탑재하는 하드웨어는 사람 키의 4~5배 직경인 거대한 희석 냉동기를 사용할 계획이다. 거대한 냉동기 안은 100개의 타일 모양의 모듈로 분할되어 있으며 각 모듈에 양자비트가 1만개 탑재되어 있어 상호 접속이 이뤄지고 있다. 구글에서 하드웨어 계측학 담당 양자리드(Quantum Lead: Hardware Metrology)를 맡고 있는 Chen 씨는 Q2B의 강연에서 구글이 독자적인 냉동기를 개발하고 있다고 밝혔다.

구글은 2017년 12월에 개최된 첫 회 Q2B부터 2030년까지 오류 정정 양자컴퓨터를 실현하는 로드맵을 명확히 하고 있었다. 그러나 냉동기를 포함한 하드웨어의 형상 등에 대해서 언급한 것은 이번이 처음이다.

-- 연구 리더는 이탈해도 강한 자신감 유지 --
구글 분석가인 필자에게 있어서 흥미로웠던 것은 구글이 양자컴퓨터의 하드웨어 개발에 대해 강한 자신감을 견지 하고 있었다는 사실이다. 실은 구글의 양자컴퓨터 개발에 대해서는 앞으로의 전망을 불안하게 보는 견해도 나와 있었기 때문이다.

계기가 된 것은, 양자컴퓨터의 하드웨어 개발을 오랫동안 이끌어 온 Martinis(마르티니스) 씨가 2020년 4월에 구글을 떠난 것이었다. 구글은 2014년에 미국 산타바버라 캘리포니아대학 교수를 지낸 마르티니스 씨를 연구그룹 통째로 초빙해 양자컴퓨터 하드웨어 개발에 나섰다.

그런 마르티니스 씨가 하드웨어 개발 방침을 둘러싼 내부 대립의 결과로 인해 구글을 떠났을 뿐만 아니라, 2020년 9월말에는 오스트레일리아의 양자컴퓨터 스타트업인 Silicon Quantum Computing(SQC, 실리콘 퀀텀 컴퓨팅)에 참가한 것이다. 이번 Q2B에 대한 발표는 구글에 대한 미래의 불안감을 부정하는 것이 될 것이다.

-- ‘완전한 양자컴퓨터를 2025년에 실현’한다고 이온큐(Ion Q)가 선언 --
완전한 양자 컴퓨터의 실현 시기에 대해서는, 구글보다 한층 더 자신감을 내비치는 스타트업도 있다. 이온 트랩 방식의 양자컴퓨터를 개발하는 미국 이온큐는 Q2B로, 오류 정정을 할 수 있는 양자비트의 실현 시기에 대해 2021~2023년이라는 전망을 내놓았을 뿐만 아니라, 기존의 컴퓨터에서는 달성할 수 없는 성능을 보유한 양자컴퓨터를 2025년까지 실현한다는 로드맵을 명확하게 세우고 있다.

이온큐는 2020년 10월에, 양자비트를 32개 탑재하는 양자컴퓨터를 개발해, 미국 IBM이 제창하는 양자컴퓨터의 계산 능력을 나타내는 지표인 ‘양자 볼륨’에서 419만 4,304라고 하는 세계 기록의 수치를 달성했다고 발표하고 있다. 지금까지의 세계 기록은 항공 우주 대기업의 미국 Honeywell(허니웰)이 2020년 9월에 발표한 128이었다. 이온큐는 또한 현재는 방 크기만한 이온큐의 양자컴퓨터가 2023년까지 랙 마운트가 가능한 사이즈까지 작아질 것이라는 전망도 발표하고 있다.

-- IBM은 2023년에 1,121 양자 비트 실현 --
IBM도 2020년 9월에 야심 찬 로드맵을 발표한 바 있다. 이 회사가 같은 달에 릴리스한 양자컴퓨터 Hummingbird는 65개의 양자비트를 갖추고 있지만, 2021년에 릴리스하는 Eagle에서는 127 양자 비트를, 2022년의 Osprey에서는 433 양자비트를 탑재해, 2023년에 릴리스하는 차세대 시스템인 Condor에서는 1,121 양자비트를 탑재할 계획이다. 또한 100만 양자비트의 하드웨어도 목표로 하고 있다고 한다.

대기업 컨설팅 회사의 미국 Boston Consulting Group(BCG, 보스턴컨설팅그룹)의 예측에 따르면, 오류 정정 양자컴퓨터가 실현됨으로써 250억~500억달러의 경제적인 임펙트가 발생한다고 한다. 새로 만들어지는 거대 시장을 둘러싸고 구글을 포함한 업체들의 경쟁이 치열해 질 것으로 보인다.

한편, NISQ의 유용한 용도가 발견되지 않거나 오류 정정 양자컴퓨터가 좀처럼 실현될 수 없을 경우, 양자컴퓨터에 대한 기대가 꺾여 ‘양자 컴퓨터의 겨울 시대’가 올 우려도 있다. Q2B에서는 양자컴퓨터 분야의 의견 담당인 미국 캘리포니아 공과대학의 Preskill(프레스킬) 교수가 그런 견해를 내비쳤다.

양자 컴퓨터는 과연 IT의 주역으로 뛰어 오를 수 있을 것인가? 앞으로의 10년간은 기대되는 시기가 될 것으로 보인다.

 -- 끝 --

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