마이크로소프트, 백만 큐비트까지 확장 가능한 새로운 양자 칩 공개
마이크로소프트(Microsoft)가 획기적인 재료로 만든 양자 컴퓨팅 칩을 개발했다고 발표했어요. 이 칩은 앞으로 수십 년이 아닌 몇 년 안에 실질적인 양자 컴퓨터 개발을 가능하게 할 것으로 기대됩니다.
엔비디아 CEO의 발언과 마이크로소프트의 전망
지난 1월, 엔비디아(Nvidia) CEO 젠슨 황(Jensen Huang)이 “양자 컴퓨팅은 앞으로 20년 동안 실용적이지 않을 것”이라고 언급하면서 양자 컴퓨팅 관련 기업들의 주가가 폭락했었죠. 마이크로소프트의 이번 발표는 적어도 이 기업들에게는 희소식이 될 수 있을 것 같아요. 물론, 다른 사람들은 여전히 회의적인 시각을 유지할 수 있겠죠.
토폴로지컬 코어 아키텍처 기반의 Majorana 1 칩
마이크로소프트 연구진은 수요일, 단일 칩에서 수백만 개의 큐비트(Qubit)를 지원할 수 있는 토폴로지컬 코어(Topological Core) 아키텍처 기반의 양자 컴퓨팅 칩인 Majorana 1을 공개했습니다.
큐비트란 무엇일까요?
디지털 비트(Bit)는 0과 1이라는 두 가지 상태만 가질 수 있지만, 큐비트는 0, 1 또는 0과 1의 양자 중첩 상태를 가질 수 있어요. 즉, 측정하기 전까지는 잠재적으로 무한한 상태를 나타낼 수 있다는 의미입니다. 이론적으로 양자 컴퓨팅은 기존의 고전 컴퓨터로는 불가능한 계산을 가능하게 할 수 있지만, 오류 수정과 같은 해결해야 할 과제들이 남아있습니다.
물리적 큐비트와 논리적 큐비트
상용화 가능한 양자 컴퓨터는 수백만 개의 물리적 큐비트(Hardware에 연결된 2-상태 양자 시스템)가 필요할 것으로 예상됩니다. 여기서 중요한 점은, 논리적 큐비트(프로그래밍에 사용되는 고수준 추상화)를 검사하는 데 필요한 물리적 큐비트의 수가 훨씬 더 많아야 한다는 것입니다.
현재 구글(Google)의 Willow 칩은 105개의 물리적 큐비트를 자랑합니다. IBM의 2022년 Eagle 프로세서가 433개의 큐비트를 가지고 있긴 하지만, 여전히 수백만 개에는 훨씬 못 미치는 수준입니다.
마이크로소프트의 야심찬 목표
하지만 마이크로소프트는 앞으로 몇 년 안에 이 목표를 달성할 수 있다고 주장합니다. 마이크로소프트의 기술 연구원인 체탄 나약(Chetan Nayak)은 “양자 분야에서 어떤 일을 하든 백만 큐비트로 향하는 경로가 있어야 합니다. 그렇지 않으면 우리를 자극하는 정말 중요한 문제를 해결할 수 있는 규모에 도달하기 전에 벽에 부딪힐 것입니다. 우리는 실제로 백만 개로 가는 길을 알아냈습니다.”라고 말했습니다.
현재 마이크로소프트의 획기적인 칩에는 8개의 토폴로지컬 큐비트가 존재합니다. 하지만 수백만 개로 확장할 여지가 있다고 하네요.
Majorana 1 칩의 핵심 기술: 토폴로지컬 코어
Majorana 1 칩은 마이크로소프트가 토폴로지컬 코어라고 부르는 기술에 의존합니다. 즉, 고체, 액체, 기체가 아닌 새로운 물질 상태인 토폴로지컬 상태를 생성하는 토폴로지컬 초전도체(Topological Superconductor)라는 재료로 만들어졌다는 의미입니다.
마이크로소프트의 기술 연구원인 크리스타 스보레(Krysta Svore)는 100년 전에 수학자 에토레 마요라나(Ettore Majorana)가 이 새로운 토폴로지컬 물질 상태를 예측했으며, 그 이후로 연구자들은 마요라나 입자(Majorana Fermion)를 찾고 있었다고 설명합니다. 그리고 마이크로소프트는 드디어 그것을 발견했고, 사용할 수 있게 되었다고 밝혔습니다.
스보레는 “작년에 우리는 처음으로 그것을 관찰할 수 있었습니다. 그리고 올해 우리는 그것을 제어하고 그것의 고유한 특성을 사용하여 토포컨덕터, 즉 초전도체로도 작동하는 새로운 유형의 반도체를 만들 수 있습니다.”라고 덧붙였습니다.
인듐 비소로 만들어진 칩
이 칩은 실리콘 대신 적외선 감지에 사용되며 극저온에서 초전도성을 띠는 인듐 비소(Indium Arsenide)로 만들어졌습니다. 자세한 내용은 과학 저널 Nature에 발표된 논문에서 확인할 수 있습니다. 또한 Arxiv를 통해 배포된 토폴로지컬 양자 컴퓨팅에 대한 자세한 내용도 참고할 수 있습니다.
양자 컴퓨터의 미래
Majorana 1 칩을 통해 마이크로소프트는 오류 수정이 덜 필요하고 물리적으로 더 확장 가능한 토폴로지컬 큐비트에서 작동하는 양자 컴퓨터를 만들 수 있습니다. 수백만 개의 큐비트를 수용하기 위해 축구장 크기의 기계를 만들 필요 없이, 마이크로소프트의 Majorana 1 칩은 Azure 데이터 센터에 들어갈 수 있도록 설계되었습니다.
마이크로소프트는 미국 국방고등연구계획국(DARPA, US Defense Advanced Research Projects Agency)으로부터 산업 응용 분야에 실제로 유용한 양자 컴퓨터를 설계하도록 의뢰받은 두 회사 중 하나입니다.
마이크로소프트의 기술 연구원이자 양자 하드웨어 부문 부사장인 체탄 나약은 “유용한 양자 컴퓨팅으로 가는 우리의 길은 분명합니다. 기초 기술은 입증되었으며, 우리의 아키텍처는 확장 가능하다고 믿습니다. DARPA와의 새로운 계약은 과학적 발견을 주도하고 중요한 문제를 해결할 수 있는 기계를 구축하겠다는 우리의 목표를 향한 끊임없는 진전에 대한 약속을 보여줍니다.”라고 말했습니다.
마이크로소프트의 말처럼, 정말 몇 년 안에 이런 미래가 현실이 될 수 있을까요?