양자컴 상용화 성큼…불붙은 '칩 개발' 전쟁

[이데일리 김가은 기자] 양자컴퓨팅 기술 경쟁이 ‘칩 레벨’에서 뜨겁게 달아오르며 미래 산업과 안보에 심대한 변화를 예고하고 있다. 전 세계 양자컴퓨팅 기술 발전을 선도하는 구글과 IBM 등 빅테크들이 양자컴퓨터의 성능을 나타내는 ‘큐비트’ 수를 넘어, 칩 설계와 제조 기술까지 진전을 보이며 경쟁에 불을 지피고 있다. 이는 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터인 ‘프런티어’가 10자년(10의 25제곱, 10셉틸리언) 걸려 푼 문제를 10년 내에 양자컴퓨터가 5분 만에 해결할 수 있는 가능성을 제시한다.

(그래픽=김정훈 기자)

지난 10일(현지 시간), 구글은 최신 양자 칩 ‘윌로우(Willow)’를 장착한 양자컴퓨터를 공개했다. 윌로우는 양자컴퓨팅의 오랜 난제인 양자 오류 수정 문제에 대한 혁신적인 해결책을 제시하며 주목받았다. 양자컴퓨터는 외부 환경의 영향을 많이 받기 때문에 오류율이 최대 1% 정도에 달하며, 큐비트 수가 많아질수록 오류가 빠르게 전파된다. 구글의 윌로우는 큐비트를 사각형 격자 구조인 ‘표면 코드’로 묶어 서로 오류를 보정할 수 있는 시스템을 구현해, 큐비트 수가 증가할수록 오류율이 낮아지게 했다.

구글보다 앞서 양자컴퓨팅 개발에 착수한 IBM은 지난 달 최신 양자 프로세서 ‘퀀텀 헤론’을 공개했다. 퀀텀 헤론은 구글의 윌로우와는 달리 안정적인 확장성에 중점을 두고 개발됐다. IBM은 ‘헤비-헥스(Heavy Hex)’ 구조를 채택해 대규모 시스템을 안정적으로 구축할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술을 바탕으로 IBM은 수백 개의 큐비트가 탑재된 칩을 연결할 수 있는 기술도 선보였다. 예를 들어, 큐비트 100개를 가진 칩 2개를 연결하여 200개가 동시에 작동할 수 있도록 한 것이다.

‘윌로우’나 ‘퀀텀 헤론’ 같은 양자칩의 양산에는 10년 정도가 소요될 것으로 예상된다. 현재는 전통적인 반도체 기술을 기반으로 한 ‘아이온칩’이 상용화돼 인공지능(AI)과 엣지 컴퓨팅 등 현 기술의 최적화와 효율화에 사용되고 있다. 그러나 전문가들은 양자칩이 상용화되면 그간 난제로 꼽혔던 과학적 계산, 암호 해독, 신약 개발, 기후 모델링 등 활용 분야가 무궁무진할 것으로 전망했다. 김동호 메가존클라우드 양자컴퓨팅 총괄 부사장은 “양자컴퓨팅 개발 초기에는 큐비트 수와 문제 해결 능력을 기반으로 한 양자 우월성 입증이 주요 목표였다”며 “이제는 실질적 상용화를 위한 칩 설계와 제조 공정의 완성도가 핵심 요소로 떠오르고 있으며, 기존 반도체 기술과의 융합을 통해 더 높은 수준의 성능과 안정성을 추구해야 한다”고 말했다.