IBM, 오류 내성 양자컴 구현 ‘모듈형 극저온 시스템’ 연결 성공

IBM은 두 개의 극저온 모듈(cryogenic module)을 하나의 환경으로 연결하고 냉각하는 데 성공했다고 19일(현지시간) 발표했다.

새로운 아키텍처는 수백 개의 양자 칩이 초저온 환경을 공유할 수 있는 모듈형 시스템으로 확장할 수 있도록 설계됐으며, 더 강력한 양자 컴퓨터 구현의 기반이 될 것으로 기대된다. 이번 성과는 IBM이 2029년 선보일 예정인 세계 최초의 대규모 오류 내성 양자 컴퓨터 ‘IBM 퀀텀 스탈링(Starling)’ 개발을 위한 핵심 진전을 보여준다.

현재 운영 중인 두 개의 극저온 모듈은 높이와 폭이 각각 8피트(약 2.4미터)를 넘는 규모로 구축됐다. 초기 테스트 결과 두 모듈은 5일 이내에 액체 헬륨 온도인 4켈빈(K)까지 냉각됐으며, 이후 15밀리켈빈(mK) 이하의 최종 온도에 도달했다. 이는 우주 심연보다 180배 이상 낮은 온도다. 각 모듈의 진공 챔버는 IBM이 현재 가장 널리 활용하고 있는 양자 시스템 대비 최대 12배 더 넓은 배선 공간을 제공한다. 이를 통해 모듈 내부뿐 아니라 모듈 간 더 많은 양자 칩 연결을 구현할 수 있다.

새로운 박스형 설계는 여러 모듈을 밀집 배치할 수 있도록 고안됐으며, IBM의 ‘L-커플러(L-coupler)’ 기술을 통해 양자 프로세서를 직접 연결한다. L-커플러는 서로 다른 양자 칩 간 정보 공유와 통신을 가능하게 하며, 여러 칩이 하나의 대형 양자 컴퓨터처럼 동작할 수 있도록 지원한다.

IBM은 2027년까지 L-커플러를 활용해 최소 1000개의 프로그래밍 가능한 큐비트를 갖춘 대규모 양자 컴퓨터를 구축할 계획이다. 프로그래밍 가능한 큐비트는 실제 연산에 직접 활용할 수 있는 큐비트를 의미한다. 이를 위해 올해 안에 IBM 퀀텀 나이트호크(Nighthawk) 프로세서를 해당 극저온 모듈에 탑재해 운영 성능 검증을 확대할 예정이다. IBM 퀀텀 스탈링이 구축될 시점에는 각 극저온 모듈에 수천개의 큐비트가 탑재될 것으로 기대된다.

IBM은 지난해 스탈링 개발 계획을 공개하며 오류 내성 구현에 필요한 물리적 자원 규모를 획기적으로 줄이는 새로운 오류 정정 코드를 선보였다. 이후 핵심 하드웨어 구성 요소 실증과 효율적인 오류 정정 디코딩 기술 개발 등 로드맵에 따라 기술 개발을 이어가고 있다.

IBM은 이번 모듈형 극저온 시스템이 기술 혁신 속도를 높이는 데 기여할 것으로 기대하고 있다. 예를 들어 IBM 퀀텀 시스템 투 환경의 세 가지 핵심 구성 요소가 새로운 아키텍처에 적용됐으며, 이를 통해 각 구성 요소를 독립적으로 검증하고 개선할 수 있게 됐다. 이는 새로운 기술을 보다 신속하게 개발하고 적용하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

이번 극저온 양자 모듈 구축은 IBM이 양자 컴퓨팅 로드맵에 따라 기술 개발을 지속적으로 추진하고 있음을 보여준다. IBM은 오류 내성 양자 컴퓨터 구현에 필요한 주요 기술 과제를 해결해 나가며 IBM 퀀텀 스탈링 개발을 이어갈 계획이다.

제이 감베타 IBM 리서치 총괄 사장 및 IBM 펠로우는 “산업 현장에서 오류 내성 양자 컴퓨터를 활용하기 위해서는 여러 근본적인 기술 혁신이 필요하다”며 “이번 극저온 모듈의 연결 및 운영 성공은 그 방향으로의 큰 도약을 의미하며, 양자 하드웨어와 소프트웨어, 알고리즘 혁신과 함께 개발 속도를 더욱 높일 것”이라고 밝혔다.

글. 바이라인네트워크
<김우용 기자>yong2@byline.network