일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2024.1.16

첨단기술 담당 기자가 전망하는 2024년
양자컴퓨터의 2024년 전망
큐비트 수의 증가 및 오류정정 기술의 진화

2024년은 양자컴퓨터 성능 향상이 가속화되는 해가 될 것이다. 양자컴퓨터의 계산을 담당하는 ‘물리 큐비트’의 증가와 계산 에러를 저감·수정하는 기술의 진화를 볼 수 있을 것이다. IBM이나 구글 등의 대기업 뿐만이 아니라, 구미의 양자 스타트업 등도 기술 진화에 크게 기여할 것으로 전망된다.

< 양자컴퓨터의 2024년 전망>
- IBM 등 구미기업을 중심으로 물리 큐비트 수를 확장한 양자계산 기술이 높아진다.
- 물리 큐비트의 에러 저감이 중요한 테마로 부상, 물리 큐비트의 증가 기대
- 큐비트의 오류정정 기술 발전, 산업응용을 위한 실증 가속화

양자컴퓨터 개발에서는 IBM 등 구미 기업들이 선도하고 있다. 예를 들면 IBM은 2023년 12월, 역대 최다인 1,121 물리 큐비트를 탑재한 초전도 방식의 양자컴퓨터용 프로세서 ‘Condor’를 발표했다. 재료 개발이나 금융 등의 업계에서 실증이 추진되고 있는 양자 계산에 이용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

구글도 2023년에 100 물리 큐비트의 초전도형 양자컴퓨터 개발에 성공했다. 중성 원자 방식의 양자컴퓨터를 개발하는 양자 스타트업인 미국의 큐에라컴퓨팅(QuEra Computing)과 프랑스의 파스칼(Pasqal)은 수백~1,000 물리 큐비트를 달성했다고 한다.

물리 큐비트는 양자역학적 현상인 '중첩'을 이용해 현행 컴퓨터로는 처리할 수 없는 수준의 병렬 계산을 실현할 수 있다는 것이 특징이다. 지금까지는 수십 개의 물리 큐비트를 제작하는 것이 한계였지만, 최근에는 기술의 진보로 물리 큐비트가 100개를 넘는 사례가 늘어나고 있다.

-- 2024년에는 규모와 질이 향상 --
IBM은 여러 칩을 연결함으로써 보다 대규모화된 양자 프로세서 'Flamingo' 등을 2024년에 개발할 예정이다. 큐에라컴퓨팅도 향후 1~2년 안에 물리 큐비트를 1만 이상까지 늘릴 계획을 세우고 있다. 양자컴퓨터의 규모 확대로 인해 2024년에는 물리 큐비트의 오류를 저감하는 기술이 발전할 전망이다.

양자컴퓨터는 현재의 컴퓨터 기술을 초월하는 계산 능력을 발휘할 수 있다고 알려져 있지만, 실용 수준의 양자컴퓨터에는 100만 물리 큐비트가 필요하다. 이처럼 많은 물리 큐비트가 필요한 것은 큐비트의 오류가 많다는 것과 연관되어 있다. 물리 큐비트의 오류 정정은 어려워 여러 물리 큐비트를 조합할 필요가 있기 때문이다.

계산에 사용되는 물리 큐비트를 다른 물리 큐비트와 비교함으로써 오류를 발견할 수 있다. 이와 같이 계산을 하기 위해 연계된 물리 큐비트의 그룹을 '논리 큐비트'라고 부른다. 현재의 기술에서는 1논리 큐비트를 실현하기 위해서 100~1,000 물리 큐비트가 필요하다고 한다.

한편, 오류가 적은 물리 큐비트를 개발한다면 같은 수의 물리 큐비트로 더 많은 논리 큐비트를 만들 수 있게 된다. 논리 큐비트 수를 늘리면 계산 오류를 정정하기 쉬워져 미래의 오류 내성형 양자컴퓨터(FTQC)의 실현으로도 이어진다. 이 때문에 오류율이 낮은 물리 큐비트를 제작하는 것은 매우 중요한 테마이다.

실제로 IBM은 2023년 12월, 자사에서 가장 오류율이 낮은 133 물리 큐비트 프로세서 'IBM Quantum Heron'을 발표했다. 현행의 양자 프로세서 'IBM Quantum Eagle'과 비교해 오류를 5분의 1까지 줄였다. 향후에는 에러율이 낮은 프로세서를 복수 조합해 성능을 높인 양자컴퓨터를 순차적으로 가동시켜 나갈 방침이다.

-- 오류 정정 기술 진화에 주목 --
양자컴퓨터 오류 정정 기술의 진화도 2024년의 중요한 이슈가 될 것이다. 2023년 12월, 큐에라컴퓨팅과 미국 매사추세츠공대(MIT), 미국 하버드대 등으로 구성된 연구팀이 48개 논리 큐비트를 사용한 오류 정정 기술을 개발, 알고리즘 실행에 성공했다.

현재 여러 기업들이 이 오류 정정에 대한 연구개발에 나서고 있으며, 2024년에는 더 많은 기업 및 연구기관에서 성과가 나올 것으로 기대되고 있다. 오류 정정 기술이 발전하면 산업 용도에서 양자컴퓨터를 적용하기 쉬워진다. 미국 등에서는 이미 재료 개발이나 금융 등의 분야에서 양자컴퓨터를 비즈니스에 응용하는 실증이 추진. 2024년에는 사회 구현 사례가 더욱 늘어날 전망이다.

<다양한 업계에서 양자기술의 응용 기대>
- 재료/화학: 신재료/촉매의 설계 개발, 배터리의 고성능화
- 신약 개발: 단백질 구조 및 분자간 상호작용의 해석
- 금융: 금융 포트폴리오의 최적화, 리스크 계산
- 자동차: 배터리의 촉매 개발, 교통정체 완화, 효율적인 차체 설계
- 제조업/물류: 생산 효율화, 경로의 최적화
- 항공: 플라잉카의 경로 제안, 내비게이션 및 관측 시스템의 고도화
- 우주:  지구 관측을 위한 센서 시스템
- 에너지: 석유 및 가스 탐사, 태양광 발전의 개선
- 통신: 양자암호 통신에 의한 보안의 고도화

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