컴퓨팅
라이트 케이지가 양자 컴퓨팅의 메모리 문제를 해결할 수 있다
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The Bottleneck: Why Quantum Computing Needs New Memory
양자 컴퓨터가 일상적으로, 최소한 신뢰할 수 있게 사용되기 시작하려면, 실리콘 반도체가 수행하는 대부분의 기능을 양자 호환 부품으로 복제해야 합니다: 계산(프로세서/칩)뿐만 아니라 네트워킹과 메모리까지.
네트워킹이 진행 중입니다. 우리는 양자 네트워킹에 전념하는 운영 체제 QNodeOS의 출시와 대량 생산 가능한 포토닉 칩, 에르븀 나노포토닉 증폭기, 그리고 전통 광섬유 네트워크를 이용한 양자 텔레포테이션을 목격했습니다.
하지만 메모리는 더 찾기 어려웠으며, 음파가 일종의 하이브리드 솔루션을 제공할 수도 있다는 안정성 문제에 대한 가능성이 있습니다.
이 어려움은 큐비트가 매우 불안정하기 때문에 발생하며, 초전도 재료, 환경 간섭으로부터의 완전한 격리, 그리고 초저온이 필요합니다.
네트워킹은 클러스터 내 다른 물리적 큐비트로 정보를 전달함으로써 메모리 부족을 부분적으로 완화할 수 있지만, 이 옵션은 한계가 있습니다. 어느 시점에서는 복잡한 계산이 양자 기준으로 오래 지속되는 메모리 시스템을 필요로 하며, 양자 데이터를 신뢰성 있게 보관해야 합니다.
바로 이것이 독일의 훔볼트 대학교(베를린), 슈투트가르트 대학교, 그리고 라이프니츠 광자 기술 연구소 연구원들이 달성한 것으로 보입니다.
그들은 전례 없는 기간 동안 양자 데이터를 보관할 수 있는 나노 규모의 “라이트 케이지”를 만들었습니다. 이 연구 결과는 과학 저널 Light: Science & Applications1에 발표되었으며, 제목은 “라이트 케이지에서의 빛 저장: 다중화된 양자 메모리를 위한 확장 가능한 플랫폼”입니다.
What Are Nanoscopic “Light Cages”?
양자 메모리는 완전한 양자 정보(큐비트)를 저장하고 보존할 수 있는 구성 요소를 의미합니다.
실제로 이것은 RAM과 유사하게 작동합니다: 장기 데이터 저장을 위한 것이 아니라 계산 과정의 다음 단계에서 데이터를 접근 가능하게 유지하는 역할을 합니다.
이것은 세 단계가 연속적으로 필요합니다:
- 양자 상태 포착.
- 이 상태를 휘발성 큐비트보다 더 안정적인 형식으로 저장.
- 추가 처리를 위해 데이터를 복원.
How 3D-Printed Light Cages Work
독일 연구진 작업의 기반은 “라이트 케이지”입니다. 이 나노 규모 구조물은 빛이 양자 특성을 잃지 않도록 잡아두도록 설계되었습니다.
출처: Light
이 특정 경우에는 세슘 원자 증기로 채워진 중공 코어 파이버 가이드를 사용했습니다.
구조물 자체는 나노프린팅 기술, 구체적으로는 상용 3D 프린팅 시스템을 이용한 두 광자 중합 리소그래피로 제작되었습니다.
반응성 세슘 환경에서 장기적인 안정성을 보장하기 위해 구조물은 보호 층으로 코팅되었으며, 5년 운영 후에도 손상이 전혀 관찰되지 않을 정도로 뛰어난 내구성을 보여줍니다.
출처: Light
Advantages Over Traditional Quantum Memory
이 설계는 이전 시도에 비해 독특한 장점을 제공합니다.
첫째, 이 나노 프린팅 구조는 세슘 원자의 빠른 확산을 가능하게 합니다. 이를 통해 코어를 원자 증기로 채우는 시간이 수개월에서 며칠로 단축되며, 뛰어난 광장 필드 구속도 유지됩니다.
둘째, 설계는 코어 영역에 대한 독특한 측면 접근을 가능하게 하여 필요 시 양자 데이터를 회수할 수 있습니다.
“우리는 코어 내부에서 가스와 액체가 빠르게 확산될 수 있는 가이드 구조를 만들었으며, 3D 나노프린팅 공정이 제공하는 다재다능함과 재현성을 갖추었습니다.
이는 파이버 가이드를 칩 내부에서만이 아니라 칩 간에도 제작할 수 있게 하여, 동일한 성능을 가진 다수의 칩을 생산할 수 있는 진정한 확장성을 가능하게 합니다.”
이러한 확장성은 산업 상용 단계에 도달하기를 훨씬 쉽게 만듭니다. 동일한 칩에 여러 개의 라이트 케이지를 배치함으로써 양자 프로세서의 총 메모리 잠재력을 높일 수 있습니다. 단일 칩 내 변동은 2나노미터 이하로 유지되었으며, 칩 간 차이는 15나노미터 이하였습니다.
다양한 라이트 케이지 간 저장 성능 차이가 최소하고 일관되기 때문에, 이 설계는 엔지니어에게 신뢰할 수 있는 기대치를 제공합니다.
스크롤하려면 스와이프 →
| 양자 메모리 접근 방식 | 저장된 여기 / 매질 | 전형적인 작동 조건 | 확장성 및 통합 | 핵심 트레이드오프 |
|---|---|---|---|---|
| 나노프린팅 “라이트 케이지” (본 연구) | 중공 코어 파이버 가이드 내 세슘 증기로 매핑된 집합 원자 여기로 변환된 가이드 광 펄스 | 실온 약간 상회하는 작동; 냉각 장치나 복잡한 원자 트래핑은 언급되지 않음 | 3D 나노프린팅(두 광자 중합)은 반복 가능하고 다중화된 온칩 구조를 지원하며, 제어/읽기를 위한 측면 접근을 제공 | 여기서 보여지는 저장 시간은 수백 나노초이며, 주요 가치는 제조 가능성 + 다중화 + 완화된 작동 조건 |
| 냉각 원자 집합 메모리 | 레이저 냉각 원자 구름 내 원자 여기 | 초고진공, 레이저 냉각, 트래핑 광학(복잡한 실험실 인프라) | 연구 환경에서 높은 성능; 칩 우선 접근에 비해 소형화 및 대규모 배포가 어려움 | 우수한 물리적 특성, 그러나 시스템 복잡도와 부피가 실용적 배치를 제한할 수 있음 |
| 희토류 도핑 결정 | 고체 도핑체(예: 희토류 이온) 내 광 여기 | 최고의 코히런스를 위해 종종 저온 필요; 안정적인 고체이지만 냉각 요구가 큼 | 잠재적으로 콤팩트한 모듈; 통합은 포토닉스 패키징 및 결합 손실에 의존 | 강한 코히런스 가능성, 그러나 온도/냉각 및 결합 효율이 실용적 제약 |
| 스핀 기반 메모리(NV 센터 / 스핀 집합) | 고체 내 전자/핵 스핀 상태 | 다양하게 변함(종종 제어된 환경; 최적 성능을 위해 때때로 저온) | 고체 통합에 매력적; 광 인터페이스와 제조 수율이 도전적일 수 있음 | 장기간 지속되는 스핀 상태는 유망하지만, 광자-스핀 인터페이스가 병목이 될 수 있음 |
| 초전도 공명기 메모리 | 초전도 회로 내 마이크로파 광자/여기 | 극저온(희석 냉각기) 작동 | 초전도 프로세서와 강한 호환성; 확장은 냉각 배선, 열 예산, 냉장고 용량에 연계 | 오늘날 선도적인 양자 컴퓨팅 스택과 긴밀한 통합, 그러나 냉각 및 시스템 수준 복잡성은 피할 수 없음 |
대부분의 양자 컴퓨팅 기술과 비교할 때 또 다른 큰 변화는 라이트 케이지 메모리가 실온 약간 상회하는 온도에서 작동하며 극저온 냉각이 필요 없다는 점입니다. 이는 신뢰성을 높일 뿐만 아니라 비용 효율성도 크게 향상시킵니다.
How Long Can Light Cages Store Data?
라이트 케이지는 가이드된 광 펄스를 집합 원자 여기로 고효율 변환합니다. 이후 광 제어 레이저가 필요에 따라 빛을 방출하여 데이터를 회수하고 추가 양자 계산에 활용할 수 있습니다.
연구팀은 몇 개의 광자만 포함된 약화된 광 펄스를 수백 나노초 동안 성공적으로 저장했습니다.
출처: Light
이 시간 규모는 짧게 보일 수 있지만, 양자 네트워킹 및 포토닉 메모리 관점에서는 특히 실온 호환 시스템에서 비정상적으로 길고 안정적인 저장 기간을 의미합니다.
Scaling Quantum Networks with Optical Memory
지금까지 네트워크는 메모리 부족을 보완하는 데 도움이 되었지만, 신뢰할 수 있는 메모리는 반대로 더 복잡한 네트워크를 구축하는 데 기여할 수 있습니다.
신뢰할 수 있는 저장소를 만들면 양자 메모리는 리피터 노드 역할을 하여 양자 네트워크의 신뢰성과 범위를 크게 향상시킵니다. 이는 여러 양자 칩을 하나의 슈퍼컴퓨터에 연결하는 중요한 단계이며, 물리적으로 먼 양자 컴퓨터들을 연결하는 데도 기여합니다.
Conclusion
양자 컴퓨팅은 지난 몇 년간 네트워킹과 더 크고 확장 가능한 양자 칩 개발을 통해 큰 진전을 이루었습니다. 완전한 양자 컴퓨터나 대규모 양자 네트워크에 필요한 마지막 연결 고리는 신뢰할 수 있는 메모리 구성 요소였습니다.
이 향상된 라이트 케이지의 활용은 저렴하고 신뢰할 수 있는 제조 공정 덕분에 양자 컴퓨팅 개발을 가속화하는 핵심이 될 수 있습니다.
다음 단계는 기존 양자 칩과의 실용적인 테스트 및 제조 공정 최적화를 통해 반도체 파운드리의 표준 관행에 통합하는 것이 될 것입니다.
Investing in Quantum Computing
Honeywell / Quantinuum (HON)
HON 가격 차트
Quantinuum은 Honeywell Quantum Solutions와 Cambridge Quantum의 합병 결과입니다.
Honeywell은 (아마도 52% 지분) 회사의 대주주로 남아 있으며, $100억 가치의 자금 조달 라운드 이후. 설립자 Ilyas Khan은 약 20%를 보유한 것으로 알려져 있습니다. 기타 주주로는 JSR Corporation, Mitsui, Amgen (AMGN ), IBM, JP Morgan이 포함됩니다.
Quantinuum의 잠재적인 IPO는 더 큰 기업 구조조정의 일환으로 예상되며, 분석가들은 최대 $200억 규모가 될 것으로 추정하고 2026년에서 2027년 사이에 진행될 수 있다고 보고 있습니다.
양자 컴퓨팅은 Honeywell 비즈니스의 핵심이 아니며, 이 회사는 주로 항공우주, 자동화, 특수 화학 및 소재 제품에 집중하고 있습니다.
하지만 이러한 분야 각각은 양자 컴퓨팅, 특히 계산 화학 및 양자 사이버 보안으로부터 혜택을 받을 수 있어, Honeywell에게 경쟁사 대비 이점을 제공할 수 있습니다.
현재 회사의 주요 모델은 Helios, H2의 후속 모델이며 “세계에서 가장 정확한 양자 컴퓨터”입니다. 이 시스템은 98개의 완전 연결 물리적 큐비트를 보유하고 있으며, 단일 큐비트 게이트 충실도는 99.9975%, 두 큐비트 게이트 충실도는 모든 큐비트 쌍에서 99.921%에 달합니다.
우리는 또한 Helios를 활용하여 고온 초전도와 양자 자기 현상에 대한 대규모 시뮬레이션을 수행했으며, 두 분야 모두 실세계 산업 적용으로 이어지는 명확한 경로를 가지고 있습니다.
회사는 가능한 많은 큐비트를 추가하기보다 오류를 최소화한 고품질 컴퓨팅을 추구해 왔으며, 이를 통해 이른바 “내결함 양자 컴퓨팅”을 구현했습니다.
이 접근 방식은 회사가 “더 나은 큐비트, 더 나은 결과”라고 명명했으며, 비슷한 수의 큐비트가 100~1,000배 더 신뢰할 수 있는 결과를 달성합니다.
출처: Quantinuum
이는 긴급히 필요한 양자 저항 암호화에 큰 차이를 만들 수 있습니다. 방위 기업 Thales(HO.PA -0.96%)는 이미 Quantinuum과 협력하고 있으며, HSBC와 같은 국제 은행 및 JP Morgan도 마찬가지입니다.
Quantinuum은 또한 제약, 재료 과학, 화학, 에너지 및 항공우주 분야에 활용 가능한 자체 양자 계산 화학 InQuanto를 제공합니다.
다수의 양자 컴퓨팅 기업과 마찬가지로, Quantinuum은 Helios를 “하드웨어-서비스형”으로 제공하여 사용자가 시스템 운영 복잡성을 직접 다루지 않고도 양자 컴퓨팅을 활용할 수 있게 합니다.
Quantinuum은 2024년 11월 독일 Infineon과 파트너십을 체결했으며, 이는 유럽 최대의 반도체 제조업체입니다. Infineon은 통합 포토닉스 및 제어 전자 기술을 제공해 차세대 트랩 이온 양자 컴퓨터를 만드는 데 기여할 것입니다.
통합 포토닉스가 실용적인 사용 사례에 가까워짐에 따라, 이 파트너십이 Quantinuum의 미래에 얼마나 중요한지 명확해졌습니다. 현재로서는 회사의 다음 단계가 세계 최초 AI 중심 포토닉스-양자 칩을 출시하는 것처럼 보입니다.
앞으로 몇 달 안에 Quantinuum은 진행 중인 협업 결과를 공유하여, 생성 AI 분야에서 양자 기반 혁신의 획기적인 잠재력을 보여줄 것입니다.
혁신적인 Gen QAI 기능은 약물 전달을 위한 금속 유기 프레임워크(MOF)의 활용을 향상·가속화하여, 보다 효율적이고 개인화된 치료 옵션을 제공할 길을 열며, 자세한 내용은 Helios 출시 시 공개될 예정입니다.
Quantinuum Announces Generative Quantum AI Breakthrough with Massive Commercial Potential
추가적인 진행 중인 사용 사례는 회사의 미래 가치를 크게 높일 수 있으며, 따라서 Honeywell의 지분에도 긍정적인 영향을 미칠 것입니다.
생성 양자 AI: AI의 전체 잠재력 해방
(Honeywell의 자동화, 항공우주 및 첨단 소재 분야에 대한 나머지 산업 활동은 해당 회사 전용 보고서에서 자세히 읽을 수 있습니다.)
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Study Referenced
1. Gómez-López, E., Ritter, D., Kim, J. et al. 라이트 케이지에서의 빛 저장: 다중화된 양자 메모리를 위한 확장 가능한 플랫폼. Light Sci Appl 15, 13 (2026). https://doi.org/10.1038/s41377-025-02085-5
