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Nikkei X-TECH_2022.7.28

양자컴퓨터의 능력을 모색, 'Q2B22 Tokyo' 리포트
양자컴퓨터 개발 생태계의 현재
'Q2B22 Tokyo'에 다양한 기업들 참여

양자컴퓨터는 현재 다양한 기업들이 개발을 추진하고 있다. 하드웨어 제조사뿐 아니라, 내부 디바이스와 주변기기, 소프트웨어 등을 개발하는 여러 업종의 기업으로 구성된 에코시스템(생태계)이 이미 형성되어 있다.

지난 7월 13, 14일, 도쿄에서 개최된 'Q2B22 Tokyo'에서는 생태계를 형성하는 다양한 기업들이 참여해 자사의 강점과 향후 로드맵 등을 설명했다. 그 중에는 일본에서는 활동 내용이 거의 알려지지 않은 스타트업 기업들도 있었다. 이번 특집 제3회에서는 하드웨어 관련 업체들을 중심으로 양자컴퓨터 개발 생태계를 살펴본다.

하드웨어 관련의 업체로는 양자컴퓨터 자체를 제공하고 있는 IBM과 캐나다의 D웨이브시스템스(D-wave Systems) 등 2개사와 양자 프로세서 컨트롤러를 개발하는 퀀텀머신스(Quantum Machines), 키사이트테크놀로지(Keysight Technologies), 애플리케이션 특화형 하드웨어를 개발하는 미국의 블렉시모(Bleximo) 등이 Q2B22 Tokyo에 참여했다.

-- 2025년에 4,000 큐비트를 목표로 하는 IBM --
이번 Q2B22에서는 IBM의 파트너&얼라이언스 담당의 프라바칼 바이스프레지던트가 IBM이 올 5월에 발표한 개발 로드맵을 바탕으로 주목해야 할 포인트 등을 설명했다.

IBM은 2021년 127큐비트를 탑재한 'Eagle'을 발표했다. 올해 안에 433큐비트를 탑재하는 'Osprey'를, 그리고 2023년에는 1,121큐비트를 탑재하는 'Condor'를 발표할 계획이다.

프라바칼 바이스프레지던트에 따르면, 양자컴퓨터의 성능은 큐비트의 수와 품질(오류율), 속도(초당 양자회로 조작 횟수)에 좌우된다고 한다. 그녀는 2023년 발표될 Condor는 큐비트를 늘리는 것뿐만 아니라 오류율을 낮추는 것이 중요하다고 지적했다.

또한 IBM은 2023년에 전혀 새로운 아키텍처를 채택한 'Heron'도 선보일 계획이라고 한다. Heron의 특징은 복수의 칩을 연결해 양자 프로세서를 구성하는 인터칩 커넥션 구조를 채택한다는 점이다.

IBM은 앞으로 양자 프로세서를 연결시키는 방법으로 큐비트를 늘려나갈 계획이다. 양자 프로세서를 연결시키는 방법으로는 기존형 컴퓨터(고전 컴퓨터)를 통해 연결하는 방법, 서로 다른 칩 상의 큐비트 간을 결합하는 방법, 복수의 양자 프로세서를 양자 링크라고 부르는 방법으로 연계하는 방법 등이 있다.

Heron에서 사용되는 것은 고전 컴퓨터를 사용하는 연결 방법이다. 2024년 발표될 예정인 'Crossbill'에서는 서로 다른 칩 상의 큐비트 간을 결합하는 방법, 같은 2024년에 발표될 예정인 'Flamingo'에서는 양자링크로 연계하는 방법이 구현될 예정이다.

그리고 2025년에는 “이 3가지 방법을 모두 통합함으로써 ‘Kookaburra’를 실현할 것이다”(프라바칼 바이스프레지던트)라고 한다. Kookaburra는 3개의 칩을 연결해서 구성한 양자 프로세서 3개를 양자 링크로 연계시켜 4,158 큐비트를 구현한다는 계획이다.

프라바칼 바이스프레지던트는 강연에서 IBM이 양자컴퓨터와 고전 컴퓨터를 결합함으로써 고전 컴퓨터만으로는 도달할 수 없는 계산능력인 '양자 어드밴티지'를 지향하고 있다고 강조했다. 특히 “IBM은 양자 중심의 슈퍼컴퓨터를 개발하고 있다”(프라바칼 바이스프레지던트)라며, 슈퍼컴퓨터 이용자는 현재의 CPU와 GPU와 함께 양자프로세서(QPU)를 유력한 선택지로서 검토해야 한다고 주장했다.

-- D웨이브, 게이트 방식과 어닐링 방식 모두 추진 --
양자 어닐링 방식의 양자컴퓨터(양자 어닐링 머신)를 개발하는 D웨이브에서는 에스파하니 씨가 강연에 참여해 자사의 로드맵 등을 설명했다.

D웨이브는 2021년, 양자게이트 방식의 양자컴퓨터를 개발할 계획도 발표했다. 그러나 에스파하니 씨는 "양자 어닐링 머신도 진화시켜나갈 것이다”라며 D웨이브가 양자 어닐링 방식을 포기한 것은 아니라고 강조했다.

D웨이브는 현재 양자 어닐링 머신의 차세대 기기인 'Advantage2' 개발을 추진하고 있다. 올 6월에는 500큐비트를 탑재한 Advantage2의 프로토타입이 완성됐다고 발표. 현행 버전인 'Advantage'가 5,000큐비트를 탑재한 것과 비교하면 큐비트의 수는 줄었지만 큐비트의 접속 수는 늘었다고 한다.

기존에는 1개의 큐비트가 다른 15개의 큐비트와 접속했지만, Advantage2는 1개의 큐비트가 다른 20개의 큐비트와 접속한다. 이처럼 큐비트의 접속 수가 늘어남에 따라 더 큰 규모의 조합 최적화 문제를 풀 수 있게 된다. 또한 Advantage2에서는 노이즈로 인한 에러도 저감시킬 계획이다. 에스파하니 씨는 Advantage2가 "보다 코히어런트(순 양자적인) 시스템이 될 것"이라고 강조했다.

-- 양자 컨트롤러를 개발하는 퀀텀머신스 --
퀀텀머신스는 큐비트를 제어하는 양자 컨트롤러를 개발하는 스타트업 기업이다. 초전도 방식의 양자컴퓨터의 경우 큐비트는 마이크로파를 조사하여 조작한다. 이러한 마이크로파의 제어 및 양자 게이트의 측정치에 생기는 오차를 수정하는 캘리브레이션(Calibration) 등을 담당하는 것이 양자 컨트롤러이다.

Q2B22 Tokyo 강연에 영상으로 참여한 퀀텀머신스의 파나이버그 바이스프레지던트는 “우리의 양자 컨트롤러는 초전도 방식뿐 아니라, 냉각원자 방식, 이온트랩 방식, 양자점 방식, 다이아몬드 NV센터 방식 등에도 대응한다”라고 강조했다. 퀀텀머신스는 2018년 창업해 현재 110명의 직원을 보유하고 있으며, 최근에는 일본 도요타통상과 제휴하고 있다.

-- 유력 연구기관에 양자컴퓨터를 제공하는 키사이트 --
대형 계측기 제조업체인 키사이트테크놀로지 역시 큐비트를 제어하는 컨트롤러 등을 개발하고 있다. 키사이트의 강점은 대기업답게 채택 실적이 많다는 것으로, 미국 매사추세츠공대(MIT) 등 유력 대학들의 양자컴퓨터 연구개발 프로젝트에서도 키사이트의 양자컨트롤러가 채택되고 있다. 일본에서도 이화학연구소와 후지쓰, 산업기술종합연구소 등과 제휴하고 있다.

Q2B22 Tokyo 강연에 참여한 키사이트의 레니츠키 씨는 “우리의 계획은 양자컴퓨터 OS를 제공하는 것이다”라고 말했다. 양자 컨트롤러라는 하드웨어를 제공할 뿐 아니라, 양자 컨트롤러를 조작하기 위한 소프트웨어와 API(애플리케이션 프로그래밍 인터페이스), 진단 소프트웨어, 성능을 측정하는 벤치마크 소프트웨어 등을 제공하겠다는 의도를 밝힌 것이다.

-- 알고리즘 특화형 양자 컴퓨터를 개발하는 블랙시모 --
하드웨어 제조사 중에서도 매우 색다른 전략으로 사업을 추진하는 곳은 미국 캘리포니아 주 버클리에 거점을 둔 스타트업기업 블렉시모(Bleximo)이다. 강연에 참여한 산체스 씨에 따르면, 블렉시모는 특정 알고리즘에 특화된 전용 양자 컴퓨터를 개발하는 업체라고 한다.

양자 프로세서의 설계 단계부터 특정 알고리즘에 특화하여 그 알고리즘에 최적화된 양자 회로를 설계한다고 한다. “프로세서와 소프트웨어를 공동 설계함으로써 차원이 다른 실행 시간 단축을 실현할 수 있다”(산체스 씨)라고 한다.

블렉시모는 초전도 방식의 양자 프로세서를 개발하기 위한 전용 EDA(Electronic Design Automation) 도구를 자체 개발해, 설계를 수작업의 100배 고속화할 수 있다고 한다. 이 외에도 마이크로파를 제어하는 컨트롤러와 캘리브레이션 소프트웨어 등도 개발, 초전도 양자 컴퓨터 연구 개발에 필요한 턴키 솔루션을 준비하고 있다고 한다.

양자컴퓨터에는 초전도 방식이나 이온트랩 방식 등 다양한 방식들이 있지만 어떤 방식도 아직 개발 단계로 경쟁이 이어지고 있다. 앞으로도 다양한 플레이어들이 이 분야에서 등장할 것으로 보인다.

 -- 끝 --

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