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Nikkei X-TECH_2023.7.6

IBM, 양자컴퓨터의 우위성을 실증
물질 모델 계산에서 비교

미국 IBM과 미국 버클리 캘리포니아 대학(University of California, Berkeley) 연구팀은 양자컴퓨터가 일반적인 고전컴퓨터를 능가하는 성능을 발휘할 수 있다는 것을 처음으로 실증했다. 양 측은 양자컴퓨터와 고전컴퓨터를 사용해 물질 모델 시뮬레이션 성능을 비교함으로써 양자컴퓨터의 유용성을 확인했다. 이번 연구 성과는 과학잡지 네이처(Nature) 6월 15일호에 실렸다.

IBM 연구팀은 이번에 양자컴퓨터의 시스템 내 오류를 학습하고 이것을 경감함으로써 일반 고전컴퓨터의 시뮬레이션 성능을 뛰어넘는다는 것을 실증했다. 127개의 초전도 큐비트로 구성되어 있는 양자 프로세서 'IBM Quantum Eagle'을 이용해 물질 모델 스핀의 움직임을 예측하고, 자화(磁化) 등의 특성을 정확히 예측할 수 있도록 했다고 한다.

이 모델의 정확성을 검증하기 위해 UCB 연구팀은 미국 로렌스버클리국립연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory)의 국립에너지연구과학계산센터(NERSC)와 미국 퍼듀대학(Purdue University)에 있는 고성능 고전컴퓨터를 사용해서 비슷한 시뮬레이션을 실시해 양자컴퓨터와 비교했다. 오류를 줄인 양자컴퓨터는 모델 규모가 커져도 정확한 결과를 계속 제시한 반면, 고전컴퓨터는 최종적으로 계산이 정체되었다고 한다.

IBM의 길 리서치 디렉터는 “이번에 처음으로 양자컴퓨터가 고전적 접근을 뛰어넘어 자연계 물리 시스템을 정확하게 모델링할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다”라고 언급. 지금까지 고전컴퓨터로는 풀지 못했던 문제를 풀기 위한 유효한 툴이 될 수 있을 것이라고 설명한다.

IBM은 클라우드상이나 각국 거점에서 이용할 수 있는 양자컴퓨터 ‘IBM Quantum Systems’ 서비스에서 127큐비트 이상의 프로세서를 이용한다고 발표했다. 오류 경감 기술과 조합함으로써 실용적인 용도로 양자컴퓨터를 이용할 수 있게 된다고 한다.

-- 다양한 분야에서의 응용 기대 --
양자컴퓨터는 향후 고전컴퓨터로는 계산할 수 없는 복잡한 시뮬레이션을 처리할 수 있게 될 것으로 기대되고 있다. 물질의 구조와 반응을 모델링할 수 있게 된다면 비료의 효율적인 생산이나 고성능 배터리 개발, 신약 개발 등에 적용할 수 있을 것으로 보인다.

하지만, 현재의 양자컴퓨터는 다양한 노이즈의 영향을 받기 쉬워 정확한 계산을 할 수 없다는 과제가 있다. 양자컴퓨터는 큐비트의 '0'과 '1'이 동시에 존재하는 양자역학적인 ‘중첩' 현상을 계산에 이용하는데, 이 큐비트가 노이즈의 영향으로 깨지기 쉽기 때문이다.

현재 세계 여러 기업 및 연구기관이 IBM과 연대해 양자컴퓨터 연구에 나서고 있다. IBM이 주도하는 워킹그룹에서는 미국 보잉(Boeing)과 독일 보쉬(Bosch), 일본 이화학연구소 등이 재료 시뮬레이션 연구를 추진하고 있다.

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