5시간 전
최대단점 '오류' 줄인 98큐비트 양자컴퓨터 나온다 [지금은 과학]
2026.06.18 00:00
이 때문에 양자컴퓨터는 같은 것을 분석하고 계산하더라도 그때마다 다른 결과물이 나올 수 있다. 이런 ‘오류’를 줄이는 게 양자컴퓨터의 핵심 중 하나이다. 양자컴퓨터는 '오류와 싸움에서 어떻게 승리하느냐'에 달린 셈이다.
98큐비트 트랩 이온 양자컴퓨터 프로세스가 개발됐다. 양자컴퓨터의 새로운 흐름을 만들 것으로 보여 눈길이 집중되고 있다.
미국 퀀티넘과 듀크대 등이 개발한 98큐비트 트랩 이온 양자 프로세서 ‘헬리오스(Helios)’가 국제학술지에 이름을 올렸다. 18일 새로운 양자 컴퓨터 기술 관련 연구 결과(논문명: A 98-qubit trapped-ion quantum computer with all-to-all connectivity)가 국제학술지 ‘네이처’에 실렸다.
헬리오스는 양자 전하 결합 소자(QCCD, Quantum Charge-Coupled Device) 아키텍처를 기반으로 하며 전하를 띤 원자(바륨 이온)가 전자기장 내에 떠 큐비트 역할을 한다.
회전할 수 있는 이온 저장 링을 이용해 모든 노드 간 연결성을 갖추고 병렬연산이 가능하다. 트랩 이온 기술 가운데에서는 가장 규모가 크다고 연구팀은 주장했다.
트랩 이온 양자 컴퓨터는 다른 플랫폼을 이용한 양자 컴퓨터에 비해 정확도가 높다고 연구팀은 강조했다. 2큐비트 게이트에서 99.921%의 평균 충실도(fidelity, 계산이나 상태가 오차 없이 구현되었는지를 보여주는 척도)를 달성했다고 보고했다.
벤치마크 테스트 결과 헬리오스는 계산 속도와 에너지 효율 모두에서 기존 컴퓨팅 방식보다 우수한 성능을 보였다는 거다. 이전 버전과 비교했을 때 게이트 오류 감소, 메모리 오류 감소, 회로 시간 단축 등 성능 향상도 확인했다고 소개했다.
퀀티넘은 이온 기반 양자 컴퓨터를 만드는 회사로 알려져 있다. 아이온Q와 같은 방식으로 양자 컴퓨터를 만든다. 그동안 두 회사 모두 30큐빗 정도의 양자컴퓨터를 만든 것으로 알려져 있다.
한정훈 성균관대 물리학과 교수 교수는 “이번 논문에서는 30큐빗 정도 규모였던 H2에 비해 큐빗 수가 세 배 정도 (100개) 늘어난 헬리오스를 선보였다”며 “모든 큐빗 사이의 얽힘이 가능하도록 설계된 ‘all-to-all’ 방식의 양자컴퓨터”라고 설명했다.
그동안 초전도체를 이용한 양자컴퓨터만 100큐빗 단위 규모를 확보할 수 있었는데 이온으로도 같은 규모의 양자 회로를 만들고 양자 연산도 할 수 있게 됐다는 것을 의미한다고 강조했다.
한 교수는 “이온 기반 양자컴퓨터는 초전도체 기반에 비해 잡음과 오류가 적은 것으로 알려져 왔다”며 “이온 기반 양자컴퓨터의 크기(큐빗 개수)를 늘릴 수 있다면 초전도체 기반보다 더 강력한 양자 연산을 할 수 있다는 기대감이 있었다”고 진단했다. 이번 퀀티넘의 성과는 그런 기대가 현실이 될 수도 있다는 점을 보여준다고 전했다.
그는 “이번에 제작된 헬리오스 양자컴퓨터를 이용해 무작위 양자 회로 샘플링(RCS, Random-Circuit-Sampling)이라는 연산을 수행했다”며 “이 연산은 구글에서 제작한 초전도체 기반 양자컴퓨터의 양자 우월성을 증명하려고 할 때 사용했는데 헬리오스 역시 이 연산을 통해 양자 우월성을 증명하는 데 성공했다”고 평가했다.
다만 RCS를 넘어서는 좀 더 실용성 있는 연산을 할 수 있는지는 미지수라고 전제했다. 한 교수는 “퀀티넘의 다음 목표는 이쪽을 향할 것이고 기존 이온 기반 양자컴퓨터의 최강자로 알려진 아이온Q에는 상당한 도전이 될 것으로 예상한다”고 내다봤다.
한 교수는 우리나라 대학 연구실과 기업의 기술 격차도 언급했다. 그는 “국내 이온 기반 양자컴퓨터 연구는 성균관대 김준기 교수 등이 추진 중인데 대학 연구실에서 구현할 수 있는 이온 기반 회로의 큐빗 개수는 열 개 미만”이라며 “기업과 격차는 크다”고 토로했다.
이어 “이번 논문을 통해 그 격차가 한층 커졌음이 분명해졌다”며 “개인 연구실을 떠나 국가나 기업 단위의 집중적 투자, 인재 집중만이 경쟁력 있는 양자컴퓨터를 자체 제작할 수 있는 길임을 시사한다”고 지적했다
권석준 성균관대 반도체융합공학과・화학공학부 교수는 “아이온Q의 경우 2025년 10월 2큐비트 fidelity가 99.99% 이상 수준을 달성했고 이는 현재까지의 최고”라며 “이번 퀀티넘 헬리오스는 99.921%인데 아이온의 99.99%는 챔피언 단일 게이트 기록이고 헬리오스의 99.921%는 98큐비트 시스템 전역 평균”이라고 설명했다. 측정 대상이 다르다는 것을 인지해야 한다는 거다.
이번 새로운 양자컴퓨터 기술 출현이 우리나라에 던지는 시사점은 많다고 권 교수는 해석했다.
권 교수는 “2025년 우리나라 양자 ICT 분야 정부 투자 예산이 2024년 1억4000만 달러에서 2억5000만 달러 이상으로 50% 넘게 증가했는데 미·중·영의 절대 투자 규모에는 여전히 크게 못 미치는 게 현실”이라고 설명했다.
이 때문에 우리나라의 경우 하드웨어는 서구와 제휴, 일부는 자체 개발의 투트랙을 취하는 게 현실적 방안이라고 평가했다. 현재 우리나라는 국제적으로는 한국과학기술정보연구원(KISTI)에 아이온Q Tempo 100큐비트 도입, SKT-아이온Q 지분 스왑 등이 있다.
국내로는 한국표준과학연구원(KRISS) 자체 기술로 20큐비트 초전도 프로세서를 실증하고 2026년 50큐비트를 목표로 하고 있다고 설명했다. LG·고려대·SDT(우리나라 양자 테크 전문 기업)와 중성원자 양자처리장치(QPU, Quantum Processing Unit)를 병행 개발하고 있다고 소개했다.
권 교수는 “우리나라는 반도체 기반이 강하기에 이를 레버리지(지렛대)로 활용할 수도 있다”며 “삼성전자나 SK하이닉스의 반도체 팹 역량이 이온트랩 칩이나 집적 광자(integrated photonics) 트랩 제조로 방향을 잡으면 우리나라는 단순 사용자가 아니라 공급망의 핵심으로 올라설 여지가 있다”고 전했다.
양자 하드웨어 관점에서는 본다면 우리나라는 큐비트 모달리티 자체를 처음부터 따라잡으려 하기보다 △트랩 칩·광자 집적 제조 △제어 전자 인터페이스 △하이브리드 양자·AI 인프라 같은 분야에 반도체 비교우위를 투입하는 게 투자대비효과(ROI, Return On Investment)가 클 것이라고 덧붙였다.
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