구글, 양자컴퓨터 상용화 '성큼'…"두번째 장애물 극복"

[이데일리 방성훈 기자] 구글이 양자 컴퓨터 개발 과정에서 오류 발생 빈도를 대폭 낮추는데 획기적인 진전을 이뤘다고 밝혔다. 양자 컴퓨터 개발은 아직 기술적 장벽을 극복하는 수준의 초기 단계지만, 이번 구글의 오류 수정은 상용화 과정에서 잠재적으로 매우 중요한 단계라는 평가가 나온다.

(사진=AFP)

22일(현지시간) 파이낸셜타임스(FT) 등에 따르면 구글 양자 인공지능(AI)팀은 이날 국제학술지 네이처를 통해 ‘표면 코드 논리적 큐비트 확장을 통한 양자 오류 억제’라는 연구 결과를 발표하고, 양자 컴퓨터 상용화를 위해 반드시 해결해야 했던 내재적 오류 수정 방안을 찾아냈다고 밝혔다.

양자 컴퓨터는 동시에 여러 가지 상태로 존재할 수 있는 양자의 성질을 이용해 계산 능력을 기존 컴퓨터보다 월등하게 높인 컴퓨터다. 예를 들어 일반 컴퓨터는 ‘01’을 표현할 때 0과 1이라는 2개의 비트를 사용하는데, 양자 컴퓨터는 01을 중첩 사용해 연산 속도가 빨라진다. 이러한 중첩 상태를 ‘큐비트’(qubit)라고 하며, 양자 컴퓨터에 들어간 큐비트 수가 늘어날수록 성능이 좋아진다.

문제는 큐비트가 극히 짧은 시간 동안만 양자 상태를 유지하고, 큐비트가 늘어날수록 오류 발생도 증가한다는 점이다. 즉 기계가 계산을 완료하기 전에 양자 시스템으로 해독된 정보가 손실된다는 얘기다. 또 0과 1이 중첩된 양자 시스템 특성상 큐비트 하나 하나가 일정 수준의 오류 확률을 보유하고 있다. 이러한 오류를 수정하는 방법을 찾아내는 게 업계가 직면한 최대 기술적 난제였는데, 구글 연구진이 해결책을 찾아낸 것이다.

연구진은 양자 컴퓨터에서 처리되는 정보를 여러 큐비트에 분산시키는 방법을 활용했다. 인접한 물리적 큐비트를 그룹으로 묶어 하나의 논리적 큐비트로 구성하는 방식이다. 그 결과 49개의 큐비트로 만든 논리적 큐비트가 17개의 큐비트로 만든 것보다 높은 안정성과 성능을 기록했다. 개별 큐비트가 양자 상태로 되돌아가도 주변 큐비트의 보정으로 시스템 전체적으로는 계산을 완료할 수 있도록 개선했다.

연구진은 더 큰 양자 시스템에서 실행되도록 기술을 확장해도, 즉 큐비트 수를 늘려도 오류율이 4%에 그쳤다는 점을 특히 강조했다. 연구진은 “컴퓨터 규모를 확대해도 오류율이 상승하지 않은 것은 이번이 처음”이라며 “성능이 좋아질수록 오류 발생 확률이 커질 수밖에 없었던 기존의 한계점을 극복할 수 있는 첫 오류 수정 시연에 성공한 것”이라고 설명했다.

구글의 양자컴퓨터 개발 책임자인 하트무트 네벤은 이번 오류 수정과 관련해 “처음으로 실용적인 양자컴퓨터 개발이 가능한 지점에 도달했다. 양자컴퓨터 상용화를 위한 우리 여정에 있어 이정표(를 세운 것)”이라고 자평했다.

다만 이번 연구는 상용화를 위한 6단계 중 2번째 장애물을 극복한 것에 불과해 상용화까진 아직 갈 길이 멀다는 진단이다. 논리적 큐비트를 구성하기 위한 개별 큐비트 수를 1000개로 줄이고, 이를 단일 시스템에 연결하는 방법을 찾아내는 것이 다음 과제라고 연구진은 전했다.