기술 거대 기업들, 이번 십 년 내 실용 양자 컴퓨터 등장 예상

IBM, Google, Amazon, Microsoft 등이 공유한 세부 사항에 따르면, 미국의 기술 기업들은 양자 컴퓨터 시스템을 실험실 프로토타입에서 산업용 기계로 확장하기 위해 경쟁하고 있다.

칩 설계 및 오류 정리의 돌파구는 기술적 격차를 좁혔으며, 일부에게는 10년 간의 목표를 실현 가능하게 만들었지만, 다른 이들은 그 길이 훨씬 더 길 것이라고 경고한다.

6월 IBM의 발표는 이전 계획에서 누락된 엔지니어링 세부 사항을 채우는 풀 스케일 설계를 제시했다. 회사의 양자 프로그램을 이끄는 Jay Gambetta는 2030년 이전에 재료 시뮬레이션 및 AI 모델링과 같은 작업에서 고전산 컴퓨터를 능가하는 기계에 대한 “명확한 경로”가 생겼다고 말했다.

Julian Kelly가 이끄는 Google의 양자 연구 팀은 지난해 가장 큰 기술적 장벽 중 하나를 제거했으며, Kelly는 남아 있는 모든 문제를 “극복 가능”하다고 부르며 이번 세기 말 이전에 제공할 것이라고 말했다.

기업들은 확장성 문제 해결을 위해 노력

Amazon의 양자 하드웨어 수석 Oskar Painter은 주요 물리학 이정표를 달성했음에도 불구하고 산업 단계가 15~30년이 걸릴 수 있다고 경고했다. 의미 있는 성능을 위해서는 기본 양자 단위인 200개 미만의 큐비트에서 100만 개 이상의 큐비트로의 도약이 필요하다.

확장은 큐비트의 불안정성으로 인해 방해받으며, 이는 유용한 상태를 몇 분의 1초로 제한한다. 433개의 큐비트를 갖춘 IBM의 Condor 칩은 구성 요소 간 간섭을 보여주었는데, Rigetti Computing의 CEO Subodh Kulkarni는 이를 “성가신 물리학 문제”라고 묘사했다. IBM은 이 문제를 예상했으며 이제 간섭을 줄이기 위해 다른 커플러를 사용하고 있다고 말했다.

초기 시스템은 성능을 개선하기 위해 개별적으로 조정된 큐비트에 의존했지만, 이는 대규모에서 실행 불가능하다. 기업들은 이제 더 신뢰할 수 있는 구성 요소와 저렴한 제조 방법을 개발하고 있다.

Google은 10억 달러 규모의 풀 스케일 시스템을 구축하기 위해 부품 가격을 10분의 1로 낮추는 비용 절감 목표를 가지고 있다. 큐비트 간 데이터 복제로 인해 하나의 손실이 결과를 손상시키지 않도록 하는 오류 정리는 확장성의 필수 조건으로 간주된다.

Google은 시스템이 성장함에 따라 오류 정리가 개선되는 칩을 보여준 유일한 기업이다. Kelly는 이 단계를 건너뛰면 “매우 비싸고 노이즈만 출력하는 기계”가 될 것이라고 말했다.

경쟁 설계 및 정부 지원

IBM은 Google의 표면 코드 접근 방식보다 90% 적은 큐비트가 필요하다고 주장하는 저밀도 패리티 체크 코드라는 다른 오류 정리 방법을 베팅하고 있다. 표면 코드는 각 큐비트를 그리드의 이웃에 연결하지만 유용한 작업을 위해서는 100만 개 이상의 큐비트가 필요하다.

IBM의 방법은 큐비트 간 장거리 연결이 필요하며, 이는 설계하기 어렵다. IBM은 이제 이를 달성했다고 말하지만, Gartner의 Mark Horvath와 같은 분석가들은 이 설계가 여전히 이론적으로만 존재하며 제조에서 입증되어야 한다고 말한다.

다른 기술적 장벽도 남아 있다: 배선 단순화, 여러 칩을 모듈로 연결, 시스템을 절대 영도에 가깝게 유지하기 위해 더 큰 극저온 냉장고 구축.

IBM과 Google이 사용하는 초전도 큐비트는 상당한 진전을 보였지만 제어하기 어렵다. 포획 이온, 중성 원자 및 광자와 같은 대안은 더 안정적이지만 느리고 대규모 시스템으로 연결하기가 더 어렵다.

영국 기반 Universal Quantum의 CEO Sebastian Weidt는 정부 자금 지원 결정이 경쟁자를 몇몇으로 좁힐 것이라고 말한다. Pentagon의 연구 기관인 Darpa는 실용적인 시스템으로 가는 가장 빠른 경로를 식별하기 위한 검토를 시작했다.

Amazon과 Microsoft는 이국적인 물질 상태 등을 포함한 새로운 큐비트 설계를 실험하는 한편, 기존 기업들은 구형 기술을 계속 개선하고 있다. “어려우다고 해서 할 수 없는 것은 아니다”라고 Horvath 말했다, 이는 업계가 백만 큐비트 목표에 도달하려는 결의를 요약한 말이다.