D-Wave (QBTS): 양자 컴퓨팅 상용화

양자 컴퓨팅은 계산 능력을 혁신할 것으로 기대되며, 이 새로운 형태의 컴퓨팅은 고전 컴퓨팅과 근본적으로 다릅니다. 이진 결과(1과 0)를 처리하는 대신, 큐비트라고 불리는 “양자 비트” 를 처리할 수 있는데, 여기서 입자 데이터는 동시에 0과 1이 되거나, 1이 되거나, 0이 될 수 있습니다.

이로 인해 양자 컴퓨터는 일반 컴퓨터가 한 번에 한 단계씩 작업을 처리하는 것과 달리 동시에 방대한 수의 가능성을 시험할 수 있습니다. 결과적으로 전통적인 이진 실리콘 기반 컴퓨팅으로는 해결하기 어려운 문제들을 해결할 수 있습니다.

하지만 큐비트가 유용한 계산을 수행할 만큼 안정적인 상태를 만들기는 실제로 큰 도전 과제였습니다.

한 가지 방법은 초전도 물질(전기 저항이 없는 물질)을 사용하는 것이지만, 이는 초저온에서만 작동합니다. 이는 에너지 소모가 크고, 비용이 많이 들며, 구현하기 어렵습니다.

또 다른 옵션은 이른바 트랩 이온 기술을 사용하는 것입니다. 초전도 칩 대신에, 진공 챔버 내에서 자기 및 전기장에 의해 고정된 개별 전하 원자(이온)를 사용하며, 정밀 레이저로 제어하고 측정합니다.

초전도 칩과 달리, 이 방식은 매우 안정적인 시스템을 만들며, 양자 상태가 마이크로초가 아니라 초에서 분까지 지속됩니다. 그러나 계산 용량 측면에서는 훨씬 덜 강력하며, 양자 컴퓨터를 네트워킹하는 것도 어려운 과제입니다.

지금까지 대부분의 산업 관심은 이 두 기술에 집중되어 왔으며, 구글, IBM, 마이크로소프트 (MSFT )는 초전도 기술에, Honeywell은 트랩 이온 기술에 집중하고 있습니다.

하지만 세 번째 경로가 존재하는데, 이는 신뢰성이 너무 낮거나 계산 속도가 너무 느린 사이의 최적 지점일 수 있는: 양자 어닐링입니다.

특히 한 회사가 이 기술의 선두주자이며, 실제 세계에서 양자 컴퓨팅의 초기 응용 분야를 선도할 수 있습니다: D-Wave

D-Wave 개요

D-Wave 역사

D-Wave는 양자 컴퓨팅에 대한 과대광고가 있기 훨씬 이전인 1999년에 설립되었으며, 당시 인터넷은 아직 새롭고 급성장하던 기술이었습니다. 회사 이름은 회사가 사용한 최초의 큐비트 형태인 D-Wave 초전도체를 가리킵니다.

회사는 처음에 브리티시 컬럼비아 대학교의 분파로 운영되었으며, 현재도 그곳에 운영 기반을 두고 있습니다. 또한 캘리포니아 주 팔로 알토에 다른 사이트가 있으며, 곧 플로리다 주 보카 라톤에 새로운 본사와 주요 미국 연구개발(R&D) 시설을 마련할 예정입니다.

2007년에 회사는 Orion 프로토타입을 만들었으며, 이는 16큐비트 시스템으로 양자 프로세서의 첫 공개 시연이었습니다.

회사는 2011년에 첫 상업 판매를 진행했으며, 128큐비트 프로세서를 록히드 마틴 (LMT )에 판매했습니다. 이후 NASA와 구글에도 판매를 확대하여 500~2,000 큐비트 양자 컴퓨터를 제공했습니다.

2020년에 회사는 양자 컴퓨터 하드웨어만 판매하던 방식을 전환하여 클라우드 기반 Leap 플랫폼을 통해 양자 컴퓨팅 클라우드 접근도 제공하게 되었으며, 5,000 큐비트의 Advantage 시스템도 함께 제공했습니다.

이 제공은 대부분 다른 양자 컴퓨팅 시스템이 추구하는 보다 이론적이거나 실험적인 목표와 달리 실제 세계의 최적화 문제와 산업용 애플리케이션에 초점을 맞추었습니다.

“이러한 큐비트 수와 연결성의 증가는 더 큰 응용 문제를 양자 칩에서 직접 해결할 수 있음을 의미합니다. Advantage QPU는 유사한 구조의 2000Q QPU가 처리하는 입력보다 평균 3배 더 큰 입력을 수용할 수 있습니다. 또한, 응용 문제를 Advantage QPU에 보다 컴팩트하게 임베드할 수 있으며(더 컴팩트한 임베딩은 더 높은 품질의 솔루션과 연관됩니다).”

이 양자 컴퓨터들은 모두 양자 어닐링을 기반으로 했으며, 이는 트랩 이온 컴퓨터보다 더 많은 큐비트를 축적하기에 이상적이며 초전도 양자 칩보다 더 신뢰성이 높고 확장하기 쉬운 방법입니다.

2019년부터 회사는 양자 어닐링의 능력을 보완하는 “일반적인” 초전도 양자 컴퓨팅 기술인 게이트 모델 프로세서에도 진출하고 있으며, 이에 따라 스스로를 “세계 유일의 듀얼 플랫폼 양자 컴퓨팅 회사”라고 브랜드화했습니다.

출처: D-Wave

“어닐링 양자 컴퓨팅은 최적화, 재료 시뮬레이션 및 특정 AI 워크로드에서 뛰어나지만, 게이트 모델 양자 컴퓨팅은 양자 화학, 분자 설계 및 차세대 에너지 저장과 같은 응용 분야를 발전시킬 것으로 기대됩니다.”

회사는 2022년에 SPAC 합병을 통해 뉴욕 증권거래소에 상장되었습니다.

마지막으로 D-Wave는 2025년에 논란이 된 “양자 우위” 주장을 제기했으며, 이는 과학적 관심이 있는 문제를 고전 컴퓨터보다 빠르게 해결한 최초의 사례라고 선언했습니다.

“그들은 물질의 온도가 절대 영도에서 시작되는 특정 문제를 연구했으며, 양자 변동이 한 상태에서 다른 상태로 전이하도록 했습니다. 그들의 기계가 어떤 고전 계산보다도 지수적으로 빠르게 결과를 도출했다고 추정합니다.”

다른 과학자 팀들이 고전 컴퓨터로도 유사하게 할 수 있거나 이미 했다고 주장하지만, 이는 D-Wave 양자 어닐링 기술이 기존 슈퍼컴퓨터에 대한 실질적인 경쟁자로 빠르게 부상하고 있음을 보여주는 좋은 예시였습니다.

“이것은 D-Wave에서 25년간의 하드웨어 개발 및 연구 결과입니다,”

Mohammad Amin – Senior physicist at D-Wave.

D-Wave 숫자로 보기

상업적 성공과 클라우드 컴퓨팅 제공이 시작되었음에도 불구하고, D-Wave는 여전히 기술 스타트업으로서 R&D에 집중하고 있으며, 직원 수는 385명에 불과하고 전체 직원의 약 20%~25%가 박사 학위를 보유하고 있습니다.

회사는 미국 특허 290건을 보유하고 있으며, 전 세계적으로 800건 이상의 특허가 부여 및 출원 중입니다. 이는 D-Wave를 전 세계 양자 특허 포트폴리오에서 3위에 올려 놓으며, 전통적인 거대 기업인 IBM과 Alphabet (GOOG ) (Google) 바로 뒤에 위치합니다. D-Wave 특허의 60% 이상이 양자 프로세서의 핵심 물리학, 칩 제조 및 고급 극저온 인프라와 관련되어 있습니다.

D-Wave는 100개 이상의 기업 파트너를 보유하고 있으며, 금융, 산업(화학, 철강, 건설 등), 통신 등 분야에 집중하고 있습니다.

출처: D-Wave

이미 D-Wave 고객의 절반이 상업 기업이며, 매출의 65%가 상업 고객에서, 그 중 45%가 Forbes Global 2000 고객으로부터 발생합니다. 이러한 기업 고객과의 협업은 학술적 목적에 그치지 않고, 특정 사용 사례에 일상적으로 활용되고 있습니다.

예를 들어, D-Wave 도구는 AT&T (T )에서 네트워크 최적화 작업의 처리 시간을 약 1시간에서 15초 이하로 단축하는 데 사용되고 있습니다. 또 다른 고객은 이를 사용해 일정 최적화를 수행하고 있습니다:

“자동 스케줄러는 시간과 노력을 모두 절감하여, 이전에 80시간이 걸리던 작업을 매주 15시간으로 줄였으며, 이는 80%의 시간 절감 효과를 가져왔습니다.”

Pattison Food Group

또는 스페인의 주요 은행인 CaixaBank (48CA.DE )은 고속 거래를 위한 포트폴리오 설계 최적화에 D-Wave를 사용했습니다. 은행에서 일반적으로 몇 시간 걸리던 계산 시간이 양자 컴퓨팅 기술을 통해 몇 분으로 단축되었습니다.

“양자 하이브리드 애플리케이션은 복잡한 금융 문제를 해결하는 계산 시간을 크게 단축했으며, 투자 포트폴리오 최적화, 채권 포트폴리오 내부 수익률(IRR) 증가, 헤징 운영에 필요한 자본 최소화 등을 향상시켰습니다.”

The D-Wave Advantage2, released in 2025, is displaying 4,500+ active qubits. This is a slight decrease compared to Advantage1’s 5,000 qubits, marking a strategic trade-off made to significantly enhance the overall performance, quality, and fidelity of the processor.

주요 변화 중 하나는 기존 15방향 연결에서 20방향 연결로 전환된 것으로, 복잡한 최적화 문제를 칩에 보다 직접적으로 매핑할 수 있게 합니다. Advantage2의 또 다른 개선점은 양자 코히런스 시간이 두 배가 되고, 노이즈가 75% 감소하여 어려운 최적화 및 재료 과학 문제에서 전체적으로 20배에서 25,000배까지 속도가 향상되었습니다.

D-Wave는 2029년까지 20,000 큐비트를 갖춘 Advantage3 시스템을 출시하고, 2031년까지 100,000 큐비트로 확장할 계획입니다.

출처: D-Wave

D-Wave의 기술

D-Wave의 양자 어닐링 기술

D-Wave 기술의 핵심 물리학은 양자 어닐링 프로세서는 자연스럽게 저에너지 해를 반환한다는 점입니다. 따라서 실제 문제를 에너지 최소화 문제로 모델링하면, 양자 컴퓨터는 최소 에너지 상태에 도달하는 최적 옵션을 스스로 찾아내며, 이는 모델을 통해 일정 계획 문제나 경로 찾기 질문(최적화 문제)과 같은 계산 요구에 대한 직접적인 답으로 변환됩니다.

양자 어닐링 기술이 해결할 수 있는 또 다른 문제 범주는 샘플링 문제입니다. 이 경우, 다양한 저에너지 상태에 대한 일반적인 관점을 제공함으로써 머신러닝 모델을 올바른 방향으로 유도할 수 있습니다.

“다수의 저에너지 상태에서 샘플링하고 에너지 지형의 형태를 특성화하는 것은 현실에 대한 확률 모델을 구축하려는 머신러닝 문제에 유용합니다.”

여기서의 장점은 확률 모델이 지식의 공백과 데이터 소스의 오류를 고려하여 불확실성을 명시적으로 처리한다는 점입니다.

“예를 들어, 유명한 손글씨 숫자 데이터셋인 MNIST를 학습할 때, 이러한 모델은 훈련 세트와 일치하는 손글씨 숫자와 유사한 이미지를 생성할 수 있습니다.”

좀 더 자세히 말하면, 양자 어닐링은 개별 큐비트를 결합시켜 서로 영향을 주도록 작동합니다. 얽힌 추가 큐비트 쌍이 늘어날수록 컴퓨터의 용량은 기하급수적으로 증가하지만, 고전 컴퓨팅에서는 용량을 추가해도 단순히 더해지는 수준에 그칩니다.

“두 개의 큐비트는 에너지 지형을 정의할 수 있는 네 가지 가능한 상태를 가지고; 세 개의 큐비트는 여덟 가지 상태를 가집니다. 추가되는 각 큐비트는 정의할 수 있는 상태 수를 두 배로 늘립니다.”

이 때문에 큐비트의 연결성 및 안정성 증가가 총 수와 마찬가지로 중요합니다. 더 안정적인 큐비트는 더 많은 계산에 사용할 수 있고, 더 많은 연결은 컴퓨팅 파워를 기하급수적으로 증가시킵니다.

따라서 D-Wave는 양자 어닐링이 실제 응용에 완벽한 옵션이라고 생각합니다:

• 어닐링은 다른 초전도 양자 컴퓨팅 방식보다 더 안정적이고 신뢰성이 높으며 구현이 용이해 수천에서 수만 개의 기능적 큐비트로 확장하기에 적합합니다.
• 어닐링 큐비트는 트랩 이온 기술의 큐비트보다 빠르게 동작하여 복잡한 계산을 더 신속히 수행할 수 있으며, 고전 슈퍼컴퓨터와 경쟁할 수 있습니다.

전반적으로 어닐링은 주로 최적화 및 탐색 문제에 적용 범위가 제한적이지만, 효율성과 보다 범용적인 양자 컴퓨터에 비해 선점적 이점을 제공합니다.

D-Wave의 게이트 모델 기술

“초전도 양자 컴퓨팅” 기술을 설명할 때, 일반적으로 의미하는 것은 게이트 모델 기술이며, 이는 제어된 논리 게이트 순서를 사용하여 고전 컴퓨팅 형태와 더 유사하게 작동합니다.

이는 본질적으로 어닐링 기술이 다루는 제한된 범위보다 더 많은 문제에 적용 가능한 보다 범용적인 기술이며, IBM, Google, Rigetti 등과 같은 기업들이 선호하는 접근 방식입니다.

최근 D-Wave는 Quantum Circuits Inc.(QCI)를 최대 5억 5천만 달러 규모의 전액 주식 거래로 인수하면서 이 분야로의 확장을 가속화했습니다.

투자자 관점에서 보면, 이는 다소 혼란스러울 수 있습니다:

• 한편, 이는 D-Wave를 “단일 기술에만 의존하는 기업”에서 기존 애플리케이션과 고객을 보유한 기업이자 장기적으로 더 큰 시장을 겨냥한 일반 양자 컴퓨팅 기업으로 전환시킵니다.
• 다른 한편, 이는 어닐링만으로는 제한적일 수 있음을 어느 정도 입증하며, D-Wave가 IBM이나 Google과 같은 거대 기업과 직접 경쟁할 수 있는지에 대한 의문을 제기합니다.

따라서 문제는 게이트 기반 모델이 D-Wave에 유용할지 여부가 아니라, 그것이 경쟁 우위를 제공할지 여부입니다.

긍정적인 측면은 어닐링에 사용된 극저온 기술 경험과 특허가 게이트 모델 칩에도 잘 전이되어 투자 비용을 줄여준다는 점입니다. 특히 D-Wave의 온칩 극저온 제어는 양자 냉장고 내부의 방대한 배선 묶음을 감소시키며, 큐비트 수 기준으로 업계 최대 규모의 양자 컴퓨터를 다루어 온 10년의 경험으로 독특한 경쟁 우위를 제공할 수 있습니다.

“수만 개의 초전도 큐비트 시스템을 구축하면서 D-Wave는 배선 병목 현상을 해결해야 했으며, 이제 게이트 모델 시스템이 배선이 제한 요소가 되는 규모에 접근함에 따라, D-Wave는 경쟁자가 처음부터 개발하거나 라이선스를 받아야 하는 기술을 보유하게 되었습니다.

Sal Magnone”

또 다른 긍정적인 점은 Leap Quantum Cloud가 이미 D-Wave 고객에게 익숙하며, 고객들은 이를 일상적으로 사용하고 있어 시간이 지남에 따라 다른 애플리케이션 및 기술 성숙도에 따라 게이트 모델 기술로 천천히 전환할 수 있다는 것입니다. 어닐링을 시작하는 것도 고객에게 더 쉬운데, 이는 복잡한 회로 조립(Qiskit 등) 대신 D-Wave Ocean SDK와 같은 파이썬 도구를 사용하기 때문입니다.

또 다른 잠재적 핵심 기술 장점은 Quantum Circuits Inc. 인수로 얻은 듀얼 레일 큐비트로, 칩 수준에서 오류 감지를 기본적으로 처리합니다. 이 아이디어는 대규모 시스템을 구축하고 나중에 소프트웨어로 오류를 수정하는 대신, 듀얼 레일 큐비트가 오류가 발생하는 순간 물리적 플래그를 발생시켜 즉시 감지한다는 것입니다.

출처: D-Wave

오류 감소와 정정이 양자 기술의 주요 병목 현상이므로, 이는 회사의 미래와 컴퓨터 모델의 빠른 확장에 매우 중요할 수 있습니다.

“D-Wave의 보다 넓은 듀얼 플랫폼 전략의 일환으로, 게이트 모델 기술은 우리 생산 준비가 된 어닐링 시스템을 보완할 것입니다. 이는 양자 컴퓨팅이 성숙함에 따라 조직이 탐색할 수 있는 계산적으로 복잡한 문제의 범위를 확대하며, 양자 화학, 재료 과학, AI와 같은 분야를 포함합니다.”

Dr. Alan Baratz – CEO of D-Wave

하지만 현재 D-Wave의 게이트 모델은 경쟁사보다 상당히 작으며, 현재는 17큐비트 시스템만 생산하고 있습니다. 2027년에 49큐비트 시스템, 2028년에 181큐비트를 목표로 하고 있습니다. 이 속도로 보면, 오류의 병렬 감소를 통해 2030년에 최초의 내결함 알고리즘을 만들고 2032년에 최초의 실제 응용 프로그램을 구현할 것으로 기대합니다.

출처: D-Wave

D-Wave의 기술 응용

앞서 언급했듯이, D-Wave 양자 어닐링 컴퓨팅의 주요 응용 분야 중 하나는 생산 또는 배송 및 물류 일정 관리입니다. 공급망이 점점 복잡해짐에 따라 수천 개의 부품이나 소포를 처리하고 주문, 운송 및 배송을 최적화하는 것은 기존 방법으로는 해결할 수 없는 문제가 될 수 있습니다. 차량 용량, 시간 제약, 지속적으로 변하는 교통 상황, 지속 가능성 관행과 같은 요소를 고려하면 복잡성이 더욱 증가합니다.

양자 어닐링으로 보다 효율적으로 해결할 수 있는 또 다른 일정 형태는 인력 일정 관리입니다. 이를 통해 기업은 교대 근무 선호도, 변화하는 규제, 병가 등 요소를 고려하면서 직원 일정 관리를 보다 효율적으로 처리할 수 있습니다.

마지막으로, 또 다른 응용 분야는 자원 관리이며, 여기서 “자원”은 재료, 자금, 인력을 포괄적으로 의미합니다. 예를 들어, 통신 회사들은 모바일 네트워크의 대역폭 자원에 대해 동일한 방법을 적용합니다.

“이 방법은 부서 간 경쟁적인 요구를 관리하여 자원 충돌을 해결하고, 작업 부하를 균형 있게 조정해 병목 현상을 방지하며, 핵심 프로젝트와 자산을 정렬시켜 더 큰 영향을 창출합니다. 이를 통해 낭비를 줄이고 생산성을 높이며 지속 가능한 경쟁 우위를 달성할 수 있습니다.”

출처: D-Wave

D-Wave 투자자 요약

D-Wave 투자자는 양자 컴퓨팅이 신흥이며 매우 경쟁이 치열한 분야임을 인식해야 합니다.

거의 모든 양자 기업은 자신이 올바른 기술 경로를 선택했다고 생각할 것이며, 이는 더 신뢰성이 높음(이온 트랩), 시장 준비도가 높음(어닐링), 또는 확장 가능성이 더 큼(초전도) 때문입니다.

그럼에도 불구하고, D-Wave의 양자 어닐링 컴퓨터가 바이오테크, 통신, 금융 등에서 실제 문제를 해결하기 위해 점점 더 큰 규모로 배치되고 있다는 점은 인상적인 성과이며, 다른 기업들이 다른 양자 컴퓨팅 기술을 사용하고 있는 상황에서도 D-Wave가 이 분야의 놀라운 승자가 될 수 있습니다.

또한 D-Wave가 대규모 수천 큐비트 상업 양자 컴퓨터를 구축한 독특한 경험이 “일반적인” 초전도 설계에서도 다른 방식으로 결실을 맺을 가능성이 있습니다.

특히, 이는 회사에 극저온 제어에 대한 독특한 특허를 부여했으며, 칩 수준에서 오류 감지를 기본적으로 처리할 수 있게 했습니다. 이는 더 큰 기업들이 자체 게이트 모델 기술로는 구현할 수 없는 점입니다.

2024년 말에 회사는 어려움에 처해 있어 규모화된 상용화에 도달하기 전에 자금이 바닥날 수도 있을 것처럼 보였습니다. 그러나 주요 기업과의 새로운 계약이 지속적으로 이루어지고(클라우드를 통한 어닐링 양자 컴퓨팅 포함) 게이트 모델 기술에 대한 독특한 IP를 보유함에 따라 현재 회사 상황은 크게 달라졌습니다.

동시에 2026년 2분기 매출이 190만 달러에 불과함에도 불구하고, 현재 수십억 달러 규모의 평가액 대부분은 회사의 잠재력에 기반하고 있으며, 빠르게 진화하는 분야에서 여러 양자 컴퓨팅 기술에 위험을 분산시키는 것이 가장 현명한 접근일 수 있습니다.

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