구글, 양자컴퓨팅 3분20초 “고전컴퓨터로 1만년 걸려”

IBM, 수퍼컴퓨터 연산 “2.5일 내 더 충실하게 가능”

‘양자우위(quantum supremacy)’를 달성했다는 구글의 공식 주장에 IBM이 의문을 제기했다.

미국 캘리포니아대(University of California, Santa Barbara)와 캘리포니아 구글 마운틴 뷰(Google Mountain View)의 실험 물리학자 존 마티니스(John Martinis)가 이끄는 팀은 세계 최초로 양자 컴퓨터가 고전 컴퓨터를 압도하는 구체적 연산을 수행했다고 밝혔다.

구글AI 퀀텀 팀(Google AI Quantum team)은 양자 프로세서 시카모어(Sycamore) 칩을 통해 3분20초 걸리는 연산은 최고 수준의 슈퍼 컴퓨터에서 약 10,000년이 걸린다고 추정했다.

양자 우위는 오래 전부터 주요 이정표로 여겨져 왔다. 이는 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 성능이 뛰어나다는 것을 증명하기 때문이다. 양자 우위는 현재 좁은 구체적 영역에서 물리적 복잡한 문제에서 활용될 때 양자 역학이 예상대로 작동한다는 것을 보여준다.

호주 시드니 뉴사우스웨일즈대(UNSW) 양자 물리학자 미셀 시몬스(Michelle Simmons)는 “구글이 실제 시스템에서 양자 속도 향상을 달성할 수 있다는 최초의 실험적 증거를 제공한 것 같다”고 네이처 인터뷰에서 말했다.

마티니스는 실험을 ‘헬로우 월드(Hello World)’프로그램에 비유한다. 해당 프로그램은 관련 문구를 표시하도록 해 새로운 시스템을 테스트한다. 그 자체로는 그다지 유용하지는 않지만 양자 하드웨어와 소프트웨어가 제대로 작동하고 있음을 알려준다.

관련 논문은 10월 23일(현지시각) 네이처(Nature)에 “프로그램 가능한 초전도 프로세서를 사용한 양자 우위(Quantum supremacy using a programmable superconducting processo)”로 게재됐다.

시카모어(Sycamore) 양자 프로세서는 각각 초전도 루프로 만들어진 54 큐비트로 구성됐다. Credit : F. Arute et al. Nature 574, 505–510 (2019).

IBM은 양자 컴퓨팅 시스템 성능을 평가하고 벤치마킹하는 방법에 큰 의문이 있음을 지적했다.

IBM은 21일 관련 블로그 포스팅에서 “프리프린트 논문에서 (구글은) 그들의 디바이스가 ‘양자 우위’에 도달했으며 ‘최첨단 슈퍼 컴퓨터가 동등한 작업을 수행하는 데 약 10,000 년이 소요될 것이라고 주장했다. 우리는 동일한 작업에 대한 이상적인 시뮬레이션을 2.5일 내에 훨씬 더 충실하게 클래식 시스템에서 수행 할 수 있다고 주장한다. 이것은 실제로 보수적이고 최악의 경우이며, 추가 개선을 통해 클래식 시뮬레이션은 더 개선될 수 있다”고 말했다.

IBM은 구글 주장에 대해 “초전도체 기반 양자 컴퓨팅의 진보를 보여준 시연에서 53큐비트 장치에서 최첨단 게이트 충실도를 보여주지만 이를 클래식 컴퓨터를 능가한 양자 컴퓨터의 증거로 간주해서는 안 된다”고 주장했다.

IBM의 연구자들은 “우위(supremacy)”이라는 용어가 양자 컴퓨팅 세계 외부 사람들에게 오해 될 위험이 있다고 주장한다.

영국 런던과 미국 샌프란시스코에 기반한 IT메거진 레지스터(The Register)는 미국 캘리포니아공대 ‘리차트 파인만(Richard P. Feynman) 이론 물리학 교수’인 존 프래스킬(John Preskill) 교수가 제기한 두 가지 주요 이의를 언급했다. 첫째, 양자우위라는 용어가 양자 컴퓨팅에 대한 과장된 보고를 증가시키고, 둘째는 ‘하얀 우위(white supremacy, 악의없는 하얀 거짓말을 본뜬 조어)’를 불러일으킨다는 것이다.

IBM은 양자 컴퓨터와 클래식 컴퓨터가 모두 그 나름의 강점을 가지고 있기 때문에 어느 한쪽의 “우위”를 강조하기보다는 함께 작동할 것이라고 제안했다.

이같은 이유로 IBM은 지난달 나사(NASA) 홈페이지에 유출, 논란이 됐던 53큐비트(quibit) 프로세서(Sycamore chip)에 대한 구글의 이번 공식 발표를 기각했다.

한편, 블로그는 구글이 430개의 2큐비트 게이트, 1113개의 단일 큐비트 게이트와 0.2 %의 전체 충실도를 가진 깊이 20의 2큐비트 게이트 양자 회로를 구현한 53큐비트 칩을 실험적으로 사용하는 방법에 대해 자세히 설명한다. IBM은 이를 실제로 렘(RAM)과 하드 드라이브 공간을 모두 사용하는 클래식 컴퓨터에서 시뮬레이션 할 수 있다고 주장했다.