상용 양자컴퓨터 개발 가속화 목표

인텔 랩(Intel Labs)은 9일(현지시각) 풀 스택 양자 컴퓨팅 시스템의 개발을 가속화할 수 있는 최초의 극저온 제어 칩을 공개했다.

인텔에 따르면 코드명 ‘홀스 리지(Horse Ridge)’는 다수의 양자 비트(qubits, 큐비트)를 제어, 양자 컴퓨터 상용화를 위한 큐비트 시스템 확장을 목표한다. 네덜란드 델프트 공대(TU Delft)와 네덜란드 응용과학연구기구(TNO) 파트너십 ‘큐테크(QuTech)’과 협력 연구를 통해 개발한 홀스리지는 인텔 22nm 피펫(FinFET) 기술로 제작했다.

인텔은 제어 칩 자체 제작이 상용 양자 컴퓨터 설계, 테스트 및 최적화를 가속화할 것이라고 밝혔다.

양자 컴퓨터 성능과 잠재력을 현실화하는 경쟁 가운데 연구원들은 양자 중첩에서 작동하는 큐비트 테스트 칩을 구현했다.

인텔은 실리콘 스핀 큐비트 및 초전도 큐비트 시스템 설계, 테스트 및 특성화를 포함한 초기 양자 하드웨어 개발에서 상업용 양자 컴퓨팅 구현의 장애 요소로 큐비트 상호 연결과 제어 장치 문제를 확인했다.

큐비트 상호연결-제어 통합

홀스리지는 다수 큐비트를 제어하고 미래 시스템을 더 큰 큐비트 시스템으로 확장할 수 있는 솔루션이다. 소규모 양자 시스템을 구축하는 과정에서 연구원들은 극저온에서 양자 큐비트를 제어, 프로그래밍에 기존 고성능 컴퓨팅 렉스케일((Rack-scale) 시스템에 의존했다. 이들 장치는 극저온에서 양자 프로세서를 제어하기 위한 수백 개의 연결 와이어가 필요했다.

각 큐비트에 대한 광범위한 제어 케이블링은 상용 양자 실용성 입증에 필요한 수백 수천 큐비트로 양자 시스템 확장을 저해한다.

홀스 리지는 양자 시스템 작동에 필요한 제어 전자 장치를 대폭 간소화한다. 기존 부피가 큰 계측기를 SoC(system-on-chip)로 교체, 시스템 설계 간소화하고 정교한 신호 처리 기술을 통해 설정 시간을 단축, 큐비트 성능을 개선할 수 있다. 홀스 리지는 고도로 통합된 SoC로, 양자 냉장고 안에 큐비트 제어 장치를 투입해, 큐비트들을 최대한 근접한 위치에 놓이게 한다.

절대 온도 상태에서 작동하는 큐비트를 제어하기 위해 RF(Radio Frequency) 프로세서 역할을 하도록 설계한 홀스리지(Horse Ridge)는 큐비트 상태를 조작할 수 있는 전자기 마이크로파 펄스로 변환한다.

홀스리지(Horse Ridge) 제어 칩은 약 4 켈빈에서 작동하도록 설계됐다. 인텔은 기존 양자 시스템이 요구하는 것보다 약간 높은 온도에서 작동하는 실리콘 스핀 큐비트에 대한 연구를 진행하고 있다.

양자 컴퓨터는 절대 영도에 가까운 밀리켈빈(millikelvin; mK) 범위에서 작동한다. 실리콘 스핀 큐비트는 1K 이상 온도에서 작동할 수 있다.

인텔은 큐비트와 제어기능을 갖춘 패키지 솔루션을 제작할 계획이다.

짐 클라크(Jim Clarke) 인텔 양자 하드웨어 총괄은 “다수 큐비트를 동시에 제어하는 것은 업계의 도전과제였다”며 “대규모 상용 양자 시스템을 개발하기 위해서는 양자 제어가 필수 요소다…인텔이 양자 오류 수정과 제어에 투자하고 있는 이유”라고 밝혔다.

*절대 영도(Absolute Zero)는 물리학에서 거시적으로 이론적인 온도의 최저점으로 0 켈빈(섭씨 −273.15 °C, 화씨 −459.67 °F)을 의미한다.