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Nikkei X-TECH_2021.6.11

소프트뱅크 VF, 양자컴퓨터 벤처기업에 출자
이온큐의 강점은?

소프트뱅크비전펀드(SoftBank’s Vision Fund)가 양자컴퓨터 스타트업 기업에 출자한다. 상대는 이온트랩 방식의 하드웨어를 개발하는 미국의 이온큐(IonQ). 이미 실제 기기를 클라우드를 통해 제공하고 있으며, 범용 양자컴퓨터 실현에 대한 야심찬 목표를 내걸고 있는 이온큐의 특징 등을 살펴보자.

이온큐는 6월 3일(미국 시간), 소프트뱅크VF를 관리하는 소프트뱅크 자회사 영국의 SoftBank Investment Advisers와 제휴했다고 발표했다. 소프트뱅크VF가 이온큐에 출자하고, 제휴를 통해 펀드의 출자처 등에 이온큐의 양자컴퓨터 관련 솔루션을 제공한다고 한다.

이온큐는 미국 메릴랜드대학의 먼로 씨와 듀크 대학의 김 준상 씨라는 두 양자컴퓨터 연구자가 2015년에 창업한 스타트업 기업이다.

이온큐가 개발하는 것은 구글과 IBM이 개발하는 것과 동일한 여러 가지 알고리즘을 실행할 수 있는 양자게이트형 양자컴퓨터이다. 구글이나 IBM의 하드웨어가 초전도 방식인데 반해, 이온큐는 이온트랩 방식인 점이 다르다.

이온큐의 이온트랩(이온포획) 방식은 진공 중에 나열된 이온으로 양자비트를 만든다. 이 이온열(列)에 레이저를 조사(照射)함으로써 광자에 의해 양자비트를 상호 결합시키고 양자비트 사이의 ‘양자 얽힘(Quantum Entanglement)’ 등을 조작한다.

이온큐의 양자컴퓨터는 이미 아마존∙웹∙서비스(AWS)의 ‘Amazon Braket’이나 마이크로소프트의 ‘Azure Quantum’과 같은 클라우드 서비스에서 이용할 수 있다.

-- 모든 양자비트를 결합 --
AWS의 일본법인인 AWS 재팬의 우쓰노미야(宇都宮) 시니어 기계학습솔루션아키텍트는 모든 양자비트가 결합한다는 점과 양자비트의 피델러티(충실도)가 균일하다는 점이 이온큐의 특징이라고 설명했다.

Amazon Braket에서는 양자게이트형의 양자컴퓨터로서 이온큐뿐만 아니라, 미국의 리게티컴퓨팅(Rigetti Computing)의 초전도 방식의 하드웨어도 이용할 수 있다. 양자비트의 수는 리게티의 하드웨어가 최대 32개 양자비트인데 반해, 이온큐는 11개 양자비트로 적다.

하지만 리게티의 하드웨어는 양자비트가 서로 인접해 있는 것끼리만 결합하는 반면, 이온큐의 하드웨어는 전체 양자비트가 1대 1로 결합한다. 이 때문에 “양자비트 수가 적은 이온큐이지만, 풀 수 있는 문제의 폭은 리게티보다 넓다”(우쓰노미야 씨)고 한다.

이온큐 하드웨어의 또 다른 특징인 피델리티의 균일성이란 양자비트에 따라 에러율 등에 편차가 없는 것을 말한다. 초전도 방식의 경우, 디바이스의 제조 오차로 인해 양자비트의 품질에 차이가 생기는 경우가 있다. 현재의 반도체 칩도 마찬가지다. 동일한 제조 라인에서 만들어진 CPU라도 개체에 따라 품질에 차이가 있으며, 품질이 낮으면 동작 주파수가 낮아지거나 프로세서 코어가 적어지기도 한다.

실제로 Amazon Braket에서 이용할 수 있는 이온큐의 토폴로지(Topology, 양자비트의 결합 상태)를 보면, 깨끗하게 상호 결합되어 있다.

그에 반해 리게티의 하드웨어에는 편차가 있다. 리게티의 ‘Aspen-8’라고 하는 하드웨어는 본래 32개 양자비트가 있는 칩이지만 양자비트가 1개 결손. 또한 ‘Aspen-9’라는 하드웨어는 양자비트 간의 결합이 2군데 결손되어 있다. 이러한 개체 차이는 소프트웨어의 연구로 보충할 필요가 있다.

이온큐는 이 외에도 강점을 가지고 있다고 주장하고 있다. 초전도 방식 등에 비해 이온트랩 방식은 양자비트의 에러율이 낮아 양자비트의 오류 정정이 용이하다고 한다.

양자비트 정보는 쉽게 사라지기 때문에 다른 양자비트를 사용해 정보가 사라지지 않도록 보완할 필요가 있다. 초전도 방식의 경우, 정보가 사라지지 않는 논리 양자비트를 1개 만들어내기 위해서는 1,000개의 물리 양자비트가 필요하다. 이에 반해 이온트랩 방식의 경우 16개 또는 32개의 물리 양자비트로 1개의 논리 양자비트를 만들어 낼 수 있다고 이온큐는 주장한다.

-- 매우 공격적인 로드맵 --
이러한 이온트랩 방식의 특징을 바탕으로 이온큐는 매우 공격적인 양자컴퓨터의 개발 로드맵을 그리고 있다. 이온큐는 2020년 12월, 2025년까지 64개의 논리 양자비트, 2028년까지 1,024개의 논리 양자비트를 실현한다는 로드맵을 발표했다.

구글은 5월, 2029년까지 1,000개의 논리 양자비트를 실현하는 로드맵을 제시했다. 이온큐는 이보다 1년 더 빨리 실용적인 성능을 발휘할 수 있는 대규모 양자컴퓨터를 실현하겠다고 주장하는 것이다.

이온트랩 방식의 양자컴퓨터는 항공우주 대기업인 미국의 허니웰(Honeywell)도 개발을 추진하고 있다. 허니웰은 6월 8일(미국 시간), 자사의 양자컴퓨터 부문인 허니웰퀀텀솔루션스HQS(Honeywell Quantum Solutions HQS)와 영국의 양자컴퓨터 소프트웨어 개발 스타트업 기업 케임브리지퀀텀컴퓨팅(Cambridge Quantum Computing, CQC)을 경영 합병한다고 발표했다.

HQS와 CQC를 합병한 새 회사는 양자컴퓨터 하드웨어와 소프트웨어 모두 생산하는 기업이 될 것이며 그 주식의 과반수를 허니웰이 소유할 예정이다. 허니웰은 새 회사에 최대 3억달러를 출자한다. 30년 전 메인 프레임에서 철수한 컴퓨터업계의 고수가 양자컴퓨터를 가지고 IT 업계에 복귀하는 것이다.

일본에서는 오키나와 과학기술대학원대학(OIST) 등이 이온트랩 방식의 양자컴퓨터를 개발하고 있다. 과학기술진흥기구의 ‘문샷형 연구개발사업’에도 채택, 2050년에 대규모 양자컴퓨터를 실현하는 것을 목표로 한다고 한다.

양자컴퓨터 개발에는 거액의 자금이 흘러 들어가려 하고 있다. 구글과 IBM이 개발하는 초전도 방식뿐 아니라 이온트랩 방식도 주목할 필요가 있을 것이다.

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