[아이티데일리] 확장성이 우수하고 오류를 최소화한 양자컴퓨터 개발 경쟁은 지금까지 크기, 복잡성, 그리고 막대한 에너지 요구량에 좌우되어 왔다. 기존의 큐비트 시스템과는 다른 아키텍처로 이 문제를 해결하는 스타트업이 주목받고 있다.

캐나다 스타트업 노르드 콴티크(Nord Quantique)는 오류 수정 기능을 하드웨어에 직접 통합하는 큐비트(qubit: 양자비트라고 하며 양자컴퓨터 연산의 기본 단위를 말함) 설계를 통해 기존 방식을 완전히 새롭게 정의하고 있다. 이를 통해 양자 컴퓨팅의 가장 어려운 과제 중 하나인 ‘작고 안정적이며 에너지 효율적인 양자 시스템을 성능 손실 없이 구현하는 방법’을 해결했다고 엔지니어 커뮤니티인 원더풀엔지니어링이 전했다.

기존의 양자 시스템은 하나의 논리 큐비트를 만들기 위해 수백 개의 물리적 큐비트가 필요하다. 그러나 노르드 콴티크의 보소닉 큐비트(bosonic qubit)는 단일 물리적 구성 요소 내에서 오류 허용성을 실현한다.

보소닉 큐비트는 기존의 큐비트 기반 양자 컴퓨팅 시스템과 차별화된 핵심 요소다. 이를 통해 시스템 구조를 단순화함으로써 오늘날 가장 강력한 슈퍼컴퓨터의 성능에 필적하면서도 전력 소비는 극히 적은, 실용적이고 소형인 양자 컴퓨터 개발 실현 가능성이 열렸다.

이 기술의 핵심은 다중모드 인코딩(multimode encoding)이다. 이는 절대 영도(물리학에서 이론적으로 가능한 최저 온도로 섭씨 마이너스 273도)에 가까운 온도로 냉각된 초전도 알루미늄 공동(캐비티) 내부에 여러 전자기 패턴(모드)에 걸쳐 양자 정보를 저장하는 방식이다. 이들 모드는 서로를 감지하고 오류를 보완할 수 있어 하나의 모드에 문제가 발생해도 다른 모드가 이를 보완하여 데이터를 보호하며 무결성을 유지한다.

노르드 퀀티크의 줄리앙 카미랑 르미르(Julien Camirand Lemyre) CEO는 "양자 오류 수정을 위해 필요한 물리적 큐비트의 양은 항상 양자컴퓨팅 업계의 주요 과제였다"라며 "다중모드 인코딩은 뛰어난 오류 수정 능력을 제공하면서도 많은 물리 큐비트가 필요하지 않다는 점에서 혁신적이다“라고 말했다.

노르드 퀀티크의 ‘테서랙트 코드(Tesseract code: 이 회사가 개발한 보소닉 양자 오류 정정 코드)’는 보소닉 코드의 일종으로, 비트 반전, 위상 반전, 제어 오류, 그리고 큐비트가 예상 상태 공간을 벗어나는 누출 등 잘 알려진 양자 오류를 방지함으로써 보호를 한층 강화한다. 특히 누출 오류는 수정하기 어려운 것으로 악명이 높은데, 노르드 콴티크는 이를 직접적으로 해결하는 설계를 구현했다. 이는 양자 컴퓨팅 분야에서 드문 성과다.

초기 테스트에서 이 시스템은 32회에 걸친 오류 수정 과정에서 큐비트 상태를 손상 없이 유지했으며, 큐비트가 비정상적으로 동작한 경우는 전체 테스트의 12.6%에 불과했다고 한다. 이처럼 높은 충실도는 ‘실제 응용 분야에 필수적인’ 장시간 양자 연산에 적합한, 신뢰성 높은 플랫폼임을 시사하고 있다.

노르드 콴티크는 오는 2029년까지 100개의 논리 큐비트, 2031년까지 1000개의 논리 큐비트를 갖춘 시스템을 개발할 계획이다. 현재의 양자 컴퓨터는 큰 방 하나를 다 차지할 정도의 크기와 막대한 냉각 인프라 및 전력을 필요로 하지만, 이 시스템은 약 20평방미터의 공간에 설치할 수 있으며, 에너지 소비도 훨씬 적다.

노르드 콴티크는 자사의 양자 컴퓨터를 사용해 830비트 RSA 암호화 키를 해독하는 데 단 1시간과 120킬로와트시의 에너지가 소요될 것으로 추정한다. 기존 슈퍼컴퓨터가 동일한 작업을 수행하는 데는 9일과 28만 킬로와트시가 필요하다.

이런 진전은 공간과 에너지 소비가 모두 중요한 고성능 컴퓨팅(HPC) 센터에 큰 변화를 가져올 수 있다. 카미랑 르미르는 "우리 시스템은 더 작고 실용적인 것 외에 에너지 소비량도 매우 적다”면서 "이로 인해 에너지 비용이 핵심 이슈인 HPC 센터에 특히 매력적“이라고 강조했다.