구글이 본격 ‘양자 시대’ 여나…양자컴 검증할 알고리즘 구현

순다르 피차이 구글 CEO가 구글 퀀텀 AI 캠퍼스 양자컴 옆에 서 있다. [사진 구글]

구글이 세계 최초로 양자컴퓨터(양자컴)의 성능을 객관적으로 검증할 수 있는 알고리즘을 구현했다.

구글은 자체 개발한 양자 칩 ‘윌로우’를 이용해 구현한 알고리즘 ‘퀀텀 에코스’(Quantum Echoes)를 학술지 네이처에 22일(현지시간) 게재했다고 밝혔다. 양자컴은 양자역학을 활용해 연산 속도를 획기적으로 끌어올린 신개념 컴퓨터다.

퀀텀 에코스는 양자 칩 안에 신호를 넣고, 되돌아오는 ‘메아리’를 관찰한다. 즉, 양자컴이 한 계산을 ‘검산’할 수 있게 됐다는 이야기다. 구글은 퀀텀 에코스가 세계 최고 성능의 수퍼컴 알고리즘의 연산 속도보다 1만3000배 빠르다고 설명한다. 현 시점 가장 빠른 수퍼컴퓨터로도 10셉틸리언(10의 25제곱·septillion)년이 걸리는 계산을 5분 이내에 수행할 수 있다는 것이다.

이번 구글 발표는 올해 노벨 물리학상 수상으로 이어진 양자컴 기본 단위 ‘초전도 큐비트’ 기술 연구에 뿌리를 두고 있다. 이 분야의 세계적 석학이자 구글 퀀텀 인공지능(AI) 수석 과학자 미셸 드보레는 윌로우 양자 칩을 포함한 구글의 통합적인 양자 컴퓨팅 접근법 개발에 핵심 역할을 수행해왔다.

양자컴 상용화에도 속도가 붙게 됐다. 그동안은 양자컴이 기존의 수퍼컴보다 계산이 빠르다는 것은 알지만, 내놓은 결과 값이나 계산 과정이 정확한지 확인할 방법이 없었다. 퀀텀 에코스 알고리즘으로 양자컴 성능을 객관적으로 검증할 수 있는 문이 마련된 것이다.

양자컴의 뇌라고 할 수 있는 QPU(양자처리장치)를 만들고 있는 스타트업 오큐티의 김동규 대표(KAIST 물리학과 교수)는 “이번 연구는 구글이 양자컴으로 분자의 원자 간 거리 등을 정량적으로 정확히 읽어냈다는 데 의의가 있다. 다만 현재는 소규모 분자 분석에 실용적인 수준이고, 향후 대형 분자 시스템을 분석하려면 논리 큐비트 기반의 접근이 필요할 것”이라고 설명했다. 양자컴은 0과 1 상태가 동시에 존재하는 ‘큐비트’를 정보 단위로 쓴다. 물리 큐비트는 일반적으로 언급되는 큐비트, 논리 큐비트는 실제 양자 알고리즘을 실행하기 위해 여러 개의 물리 큐비트를 묶은 것을 의미한다.

구글 측은 “양자컴은 원자와 입자의 상호작용, 분자의 구조와 같은 양자역학적 현상을 모델링하는 데 중요한 역할을 할 것”이라며 “분자의 모양과 움직임을 모델링하는 것은 화학·생물학·재료과학의 기초이자 생명공학부터 태양에너지, 핵융합까지 다양한 분야 발전의 밑바탕이 된다”고 설명했다.

김남영 기자 kim.namyoung3@joongang.co.kr

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