[2021 미래유망기술세미나] 초전도 큐비트를 활용한 양자컴퓨팅 과제와 방향_IBM Quantum 백한희 박사
양자 컴퓨팅은 기존의 이론적 아이디어를 넘어 실제 기술적 성숙도를 높여가고 있는 분야입니다. 양자 컴퓨터의 기본 연산 단위인 '양자 회로'는 정보를 저장하는 큐비트와 이를 연산하는 게이트로 구성됩니다. 회로의 복잡성은 큐비트의 수인 너비와 게이트의 수인 깊이로 결정되는데, 이는 처리 가능한 정보의 양과 정밀도를 나타냅니다. IBM은 2016년 세계 최초로 양자 컴퓨터를 클라우드에 공개한 이후, 현재 40대 이상의 시스템을 운영하며 전 세계 30만 명 이상의 사용자에게 매일 20억 개 이상의 회로 실행 서비스를 제공하고 있습니다. 양자 컴퓨터를 활용하기 위해 복잡한 물리학 지식이나 새로운 프로그래밍 언어를 필수적으로 익힐 필요는 없습니다. IBM이 개발한 오픈 소스 플랫폼인 'Qiskit'은 파이썬 기반의 친숙한 환경을 제공하여 개발자들이 기존 코드를 활용해 양자 프로그램을 작성할 수 있게 돕습니다. 특히 'Qiskit Runtime' 아키텍처는 양자 프로세서와 고전 컴퓨터를 긴밀하게 통합하여 연산 효율을 극대화합니다. 이를 통해 과거 수십 일이 소요되던 분자 에너지 계산을 단 몇 시간으로 단축하는 등, 실질적인 연산 속도와 사용자 편의성을 획기적으로 개선하고 있습니다. IBM의 양자 하드웨어는 성능을 평가하는 네 가지 핵심 지표인 양자 볼륨, 연산 속도, 확장성, 채택성을 중심으로 발전하고 있습니다. 특히 양자 볼륨은 낮은 에러율로 연산을 얼마나 잘 수행하는지 측정하는 척도로, IBM은 매년 이를 두 배 이상 향상시키는 것을 목표로 합니다. 하드웨어 로드맵에 따라 27 큐비트의 팔콘을 시작으로 127 큐비트의 이글, 433 큐비트의 오스프리 프로세서에 이르기까지 큐비트 수를 지속적으로 늘려가고 있으며, 이는 더 복잡하고 방대한 데이터를 처리할 수 있는 물리적 토대가 됩니다. 양자 컴퓨팅의 발전은 의료, 금융, 제조 등 산업 전반에 걸쳐 혁신적인 변화를 예고하고 있습니다. 의료 분야에서는 유전체 분석과 신약 개발을 위한 분자 과학 분야에서 성과가 기대되며, 금융권에서는 사기 탐지 및 투자 결정 모델링의 고도화가 가능해집니다. 특히 제조 및 화학 분야에서는 차세대 리튬 이온 배터리 개발이나 신소재 설계와 같은 복잡한 물리 시뮬레이션에서 양자 이점을 먼저 확보할 것으로 보입니다. 이는 기존 슈퍼컴퓨터로 해결하기 어려웠던 난제들을 해결함으로써 비즈니스 가치를 창출하는 핵심 동력이 될 것입니다. 글로벌 양자 생태계 구축을 위해 IBM은 포춘 500대 기업, 학술 기관, 스타트업과 함께 'IBM 퀀텀 네트워크'를 운영하고 있습니다. 한국의 성균관대학교를 포함한 세계 유수의 기관들이 퀀텀 허브로서 전용 액세스 권한을 갖고 공동 연구와 개발에 참여하고 있습니다. 이러한 협력 체계는 양자 기술의 상용화를 앞당기는 중요한 역할을 하며, 사용자들이 물리적 장치의 작동 원리를 깊이 알지 못해도 클라우드를 통해 고성능 양자 자원을 활용할 수 있는 환경을 제공합니다. 미래의 양자 이점 시대는 이러한 공동체적 노력을 통해 한층 더 가까워질 것입니다.
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