IBM은 양자 컴퓨팅 로드맵에 따라 양자 볼륨(Quantum Volume) 64 달성을 주장했다. 2019년에 32 양자 볼륨에 도달한 지 1년만에 2배 높은 양자 볼륨을 달성했다.

IBM 퀀텀(IBM Quantum) 팀은 20일(현지시각) 출판전 논문 사이트 아르시브(arXiv)에 공개한 논문을 통해 양자볼륨 64에 도달하기 위해 전체 스택에서 이루어진 기술적 개선 사항에 대한 세부 정보를 공개했다.

IBM은 64 양자볼륨을 달성하기 위해 최신 27 큐비트 클라이언트 배포 시스템 중 하나인 27-큐비트 팔콘 칩(Falcon Chip)을 업그레이드 했다. 특정 정보 처리 작업을 양자 컴퓨터에서보다 효율적으로 또는 비용 효율적으로 수행할 수 있는 양자 이점(Quantum Advantage)을 달성하려면 향상된 양자 회로가 필요하다. 양자 볼륨은 회로의 길이와 복잡성을 측정한다. 양자 볼륨이 높을수록 산업, 정부 및 과학 연구분야 실제 문제에 대한 솔루션을 탐색할 가능성이 높아진다.

이번 이정표를 달성하기 위해 IBM은 양자 볼륨 회로를 최적화하는 HW기술과 SW개선에 집중했다. 이러한 하드웨어 인식 방법은 확장 가능하며 모든 IBM 퀀텀(Quantum) 시스템에서 실행되는 모든 양자 회로를 개선해 사용자가 탐색할 수 있는 실험 및 애플리케이션을 개선한다.

이러한 기술은 IBM 클라우드(Cloud) 서비스 및 오픈소스 SDK(Software Development Kit) ‘Qiskit’에 대한 향후 릴리스 및 개선 사항에서 사용할 수 있다.

IBM 펠로우 겸 IBM 퀀텀 부사장 제이 감베타(Jay Gambetta)는 “우리는 항상 시스템의 한계를 뛰어넘는 새로운 방법을 모색해 더 크고 복잡한 양자 회로를 실행하고 양자 이점을 더 빠르게 달성할 수 있다”라고 말했다.

이어 그는 “IBM의 풀스택 접근 방식은 업계에서 가장 광범위하고 강력한 양자 하드웨어 집합에서 실행되는 하드웨어 인식 애플리케이션, 알고리즘 및 회로를 개발할 수있는 혁신적인 길을 제공한다”고 설명했다.

큐비트

기하 급수적인 개선 속도를 보이는 양자 컴퓨터는 연구 분야를 넘어 실용적 영역에 도전하고 있다. IBM, 구글(Google), 인텔(Intel) 등은 대규모 투자 프로그램을 운용해 왔다.

아직 초기 단계인 시장에서 IBM은 선두 주자이며 현재 실행중인 양자 머신은 22 개로 5월 18개에서 증가했다. 양자 컴퓨팅 경쟁도 격화됐다. 올해 초 글로벌 산업 대기업 하니웰(Honeywell)은 IBM보다 일찍 64 양자 볼륨 달성을 공개했다.

구글 양자 컴퓨터와 마찬가지로 IBM은 큐비트가 절대 0도 보다 약간 높은 극저온 환경의 초전도체를 사용한다. 하니웰은 큐비트로 이온이라는 하전 입자를 수용하는 “이온 트랩”을 활용한다. 인텔의 아이디어는 성숙하지 않았지만 전자를 큐비트로 사용해 전자스핀이라는 양자 역학적 특성을 활용한다. 마이크로소프트는 토폴로지컬 큐비트(topological qubits)라는 접근 방식을 통해 큐비트 결함을 회피하고자한다.

모두 큐비트의 중첩과 얽힘이라는 양자 현상을 활용해 양자 컴퓨터가 1과 0의 훨씬 더 큰 가능한 조합을 처리할 수 있도록 한다. 프로그래머는 게이트라고 하는 일련의 변환으로 큐비트의 상태를 마사지하여 양자 컴퓨터 작업을 제어한다. 이상적으로 모든 컴퓨팅 문제가 접근 방식에 순응할 수 있는 것은 아니지만 특정 질문에 대한 답변으로 점진적으로 유도된다.

아직 양자 컴퓨터 큐비트 수는 충분하지 않다.

IBM이 양자 볼륨 성능 테스트에 사용한 팔콘(Falcon) 양자 컴퓨팅 칩의 경우 27개뿐이다. 그러나 53큐비트 허밍버드(Hummingbird) 시스템으로의 업그레이드를 포함하여 더 많은 작업이 진행 중이다.

제이 감베타는 “우리는 곧 첫 번째 버전을 크게 개선할 두 번째 버전의 IBM 퀀텀 허밍버드를 출시할 것”이라고 말했다. 그는 접근 방식은 여러 양자 프로세서를 함께 연결함에 따라 확장될 것이라고 덧붙였다.

더 많은 큐비트를 압축하고 안정적으로 유지하는 것은 양자 컴퓨팅의 성공에 매우 중요하다. 인텔은 훨씬 더 많은 큐비트를 칩에 넣을 수 있기 때문에 스핀 큐비트를 활용한다. 하니웰도 자사의 이온 트랩 설계가 많은 큐비트를 수용할 것이라고 주장, 매년 양자 볼륨을 10배씩 확대하겠다고 밝혔다.

한 가지 어려움은 큐비트를 제어하는 것과 방해하는 것 사이에 미세한 경계가 있다는 것이다. 이것이 오늘날 양자 컴퓨터가 원격으로 제어되는 이유다. 기존 컴퓨터는 제어 정보를 큐비트로 보내고 부피가 큰 케이블 묶음을 통해 답을 읽는다. 글로벌 반도체 컨퍼런스 ‘핫칩스(Hot Chips)’에서 인텔 연구진은 큐비트를 확장을 위한 별도의 프로세서로 제어를 개선하는 기술을 개발하겠다고 밝혔다. 홀스리지(Horse Ridge)라는 1세대 제어칩에 이은 ‘Horse Ridge 2’를 개발 중이라는 설명이다.