전기전자/정보통신

Nikkei Computer_2024.9.19 (p65)

6만 양자비트로 ‘양자 우위성’ 달성, 오사카대학과 후지쓰가 새로운 계산 방식 발표
양자컴퓨터를 2030년경에 실용화 추진

오사카대학 양자정보·양자생명연구센터(QIQB)와 후지쓰는 8월 28일, 양자컴퓨터의 새로운 계산 방식을 발표했다. 2023년 3월에 발표한 ‘STAR 아키텍처(고효율 위상회전 게이트 방식 양자계산 아키텍처)’의 업그레이드 버전으로, 기존형 컴퓨터(고전 컴퓨터)로는 5년 걸리는 대규모 물질의 에너지 추정 계산(재료 물성 계산)이 6만 양자비트를 사용해 10시간 만에 풀 수 있다고 한다. 지금까지 같은 규모의 계산에는 100만 양자비트가 필요할 것으로 생각되었다.

6만 양자비트의 양자컴퓨터는 이르면 2030년경에 실현 가능할 것으로 기대되고 있다. 후지쓰연구소의 사토(佐藤) 펠로우 겸 양자연구소장은 "양자 우위성을 6만 양자비트로 달성할 수 있다는 것을 보여주었다"라고 강조한다.

오사카대학과 후지쓰가 개발한 STAR 아키텍처는 기존보다 적은 수의 양자비트로 양자 오류 정정을 실현하는 기술이다. 일반적으로 양자 오류 정정이 구현된 오류내성양자컴퓨터(FTQC)에 있어서는 ‘논리 CNOT 게이트’나 ‘논리 S 게이트’, ‘논리 H 게이트’, ‘논리 T게이트’라고 하는 4종류의 논리 양자 게이트를 조합해 계산을 실시한다. 이 중에서도 논리 T 게이트의 오류 정정이 가장 어려워 대량의 물리 양자비트가 오류 정정에 필요하다.

그래서 STAR 아키텍처에서는 논리 T 게이트를 ‘위상 회전 게이트’로 치환한다. 위상회전 게이트는 본래 논리 H 게이트와 논리 T 게이트를 여러 번 조합할 필요가 있는 '위상회전'이라는 조작을 물리 양자비트를 이용해 효율적으로 실행하는 것이다. 논리 T 게이트를 배제함으로써 계산에 필요한 양자비트의 수를 1자리 수 이상 줄일 수 있다.

-- 에러율을 기존의 1,000분의 1로 --
또한 오사카대학과 후지쓰는 위상회전 게이트의 에러율을 1,000분의 1로 억제하는 방식도 개발했다. 구체적으로는 위상회전을 하는 물리 양자비트를 용장화하고, 회전 에러를 일으킨 물리 양자비트를 회전 조작 직후에 제거하는 측정 방법을 확립했다. 오사카대학 의 후지이(藤井) 교수는 "에러 상태를 배제함으로써 물리적 에러 확률에 따라 결정되는 정밀도보다 더 높은 정밀도로 실행되는 논리 양자비트의 회전 게이트가 가능해졌다"라고 설명한다. 이와 같은 양자 오류 검출 기술과 양자 계산을 최적화하는 기술 등을 추가함으로써 6만 물리 양자비트로 대규모 계산이 가능해졌다.

STAR 아키텍처는 위상회전 게이트의 오류 정정을 실시하지 않기 때문에 완전한 FTQC가 아니라 부분적으로 오류 정정을 실시하는 ‘Early-FTQC’라고 할 수 있다. 이번 발표는 Early-FTQC이지만 고전 컴퓨터를 뛰어넘는 양자 우위성이 가능하다는 것을 보여주었다.

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