컴퓨팅
새로운 메타서피스가 확장 가능한 양자 광원 생성
양자 광 해결
양자 컴퓨팅은 불가능하다고 여겨졌던 계산을 해결하고, 기존 모든 형태의 암호화를 깨뜨릴 가능성까지 포함해, 에너지 소비 측면에서 초고효율 컴퓨터를 만드는 등 다양한 약속을 가지고 있습니다.
양자 컴퓨터가 충분히 강력해진다면, 단백질 3D 구조의 즉각적인 계산, 재료 과학, 기후 모델링, 혹은 AI 훈련을 통해 의학을 완전히 혁신할 수 있을 것입니다.
대부분의 경우, 양자 칩과 양자 컴퓨터 간의 통신은 빛의 기본 입자인 광자: photons을 통해 이루어질 것입니다.
보다 정확히 말하면, 얽힌 광자들은 양자 효과를 통해 서로 상호작용하며, 떨어져 있어도 그렇습니다. 특히 이제는 일반 광섬유를 사용해 최소 수십 킬로미터에 걸쳐 양자 데이터를 전송할 수 있음이 증명되었습니다.
하지만 얽힌 광자를 생산하는 것은 큰 도전 과제였으며, 양자 컴퓨터를 실용적인 규모, 신뢰성 및 비용 수준으로 확장하는 가능성을 방해하고 있습니다.
우회 방법이 개발되고 있습니다. 예를 들어, 비완전한 광원에서 비선형 광학 및 단일 광자 텔레포테이션을 통해 단일 광자를 생산하는 방법. 에르븀을 사용해 광원 효율을 높이는 또한 잠재적인 옵션입니다.
하지만 궁극적으로 이러한 해결책 대부분은 문제를 해결하기엔 너무 복잡할 수 있으며, 그래서 새롭게 개발된 메타물질이 양자 컴퓨터의 미래를 바꿀 수 있습니다. 이 나노스케일 구성 요소는 빛으로 확장 가능한 저감쇠 양자 정보를 전달할 수 있으며, 하버드 대학 연구원들에 의해 개발되어 권위 있는 학술지 Science1에 “Metasurface quantum graphs for generalized Hong-Ou-Mandel interference“라는 제목으로 발표되었습니다.
양자 광원
양자 컴퓨터의 하위 구성 요소 간 및 서로 다른 양자 컴퓨터 간에 데이터를 전송하려면 양자 데이터를 보존해야 합니다. 이는 일반적으로 얽힌 입자, 특히 광자를 생성함으로써 달성됩니다.
이러한 얽힌 입자들은 멀리 떨어져 있어도 서로의 상태를 복제합니다.
지금까지 양자 컴퓨팅 연구자들은 주로 얽힌 광자를 생성하는 “전통적인” 방법을 사용해 왔습니다. 이는 광자를 확장된 마이크로칩의 웨이브가이드에 통과시키거나, 렌즈, 거울, 빔 스플리터로 구성된 부피가 큰 장치를 이용하는 방식입니다.
문제는 이러한 시스템이 너무 크고 복잡하며, 양자 네트워크에 필요한 수량으로 확장하기에 충분히 생산하기 어렵다는 점입니다.
또 다른 문제는 “디코히런스”입니다. 광자 수, 즉 큐비트 수가 증가하면 수학적 복잡성이 크게 증가합니다.
추가되는 각 광자는 새로운 간섭 경로를 많이 만들며, 기존 설정에서는 급격히 증가하는 빔 스플리터와 출력 포트가 필요합니다.
양자 메타서피스
메타물질
메타물질은 특정 물질의 구조를 변경하여, 기본 재료의 특성과는 다른 특성을 부여합니다.
이는 대부분 나노스케일에서 정밀한 형태, 기하학, 크기, 방향 등의 반복 패턴을 생성함으로써 달성됩니다.
제어된 방식으로 규칙적인 미세구조를 만들면, 기본 구성 요소에 비해 물질의 성능이 향상될 수 있습니다. 이는 전자기, 음향, 구조 강도, 열 등 다양한 특성에 의해 영향을 받습니다.
출처: Science
이것이 하버드 연구원들이 만든 것으로, 새로운 유형의 메타서피스로, 나노스케일 빛 조작 패턴이 새겨진 평면 장치입니다.
“우리는 확장성 문제를 해결하는 데 있어 주요 기술적 이점을 도입하고 있습니다.
이제 전체 광학 설정을 매우 안정적이고 견고한 단일 메타서피스로 소형화할 수 있습니다.
메타서피스가 확장 가능한 양자 광을 가능하게 하는 방법
복잡한 양자 계산에 필요한 다수의 광자들의 수학적 복잡성은 그래프 이론이라고 하는 수학 분야로 다룰 수 있습니다. 간단히 설명하면, 점과 선을 사용해 연결과 관계를 나타냅니다.
출처: Science
그래프 이론은 특정 유형의 양자 컴퓨팅 및 양자 오류 정정에 사용되고 있지만, 메타서피스의 설계와 작동 맥락에서는 아직 활용되지 않았습니다.
그래프 이론을 통해 연구자들은 광자들이 서로 어떻게 간섭하는지를 시각적으로 파악하고 실험에서의 효과를 예측할 수 있게 되었습니다.
새로운 광자 얽힘 장치
그래프 이론과 상업용 반도체 제조 기술을 활용해 연구자들은 “컴팩트 다중포트 인터페로미터”를 만들었습니다.
그들은 그래프 이론을 사용해 물리적 설계와 생성되는 양자 상관관계를 인터페로미터의 나노구조에 인코딩했습니다.
“또한 메타서피스의 이해, 설계 및 적용에 대한 새로운 통찰을 제공하며, 특히 양자 광을 생성하고 제어하는 데 유용합니다. 그래프 접근법을 통해 메타서피스 설계와 광학 양자 상태가 사실상 같은 동전의 양면이 됩니다.”
그들은 초전도 나노와이어 검출기를 사용해 광자 행동을 측정함으로써 성능을 테스트했습니다.
이 접근법이 많은 장점을 제공한다는 것이 입증되었습니다:
- 설계에 복잡한 정렬이 필요하지 않아 제조 및 설정이 훨씬 쉬워집니다.
- 교란에 매우 강하며, 광 손실이 낮습니다.
- 제조가 간단해 확장성이 높고 비용 효율적입니다.
이 작업은 주로 양자 컴퓨팅에서의 가능한 응용에 집중되었습니다.
하지만 이것은 양자 센싱에도 유용할 수 있으며, 기본 과학 연구를 위한 “칩 위의 실험실” 기능을 제공할 수도 있습니다.
“이 접근법에 대해 흥분됩니다. 왜냐하면 이것이 광학 양자 컴퓨터와 네트워크를 효율적으로 확장시킬 수 있기 때문이며—이는 초전도체나 원자와 같은 다른 플랫폼에 비해 오랫동안 가장 큰 도전이었습니다,”
양자 컴퓨팅에 투자하기
Honeywell / Quantinuum
(HON )
Quantinuum은 Honeywell Quantum Solutions와 Cambridge Quantum의 합병 결과입니다.
Honeywell은 (아마도 52% 지분) $5B 가치의 자금 조달 라운드 이후 회사의 대주주로 남아 있습니다. 설립자 Ilyas Khan은 약 20%를 소유한 것으로 보고됩니다. 기타 주주로는 JSR Corporation, Mitsui, Amgen, IBM, JP Morgan이 포함됩니다.
Quantinuum의 향후 잠재적 IPO는 더 큰 기업 구조조정의 일환일 수 있으며, 최대 $20B 가치가 될 것으로 추정하고 2026년에서 2027년 사이에 발생할 가능성이 있습니다.
양자 컴퓨팅은 Honeywell 사업의 핵심이 아니며, 주로 항공우주, 자동화, 특수 화학 및 재료 제품에 초점을 맞추고 있습니다.
하지만 이러한 각 분야는 양자 컴퓨팅, 특히 계산 화학 및 양자 사이버 보안으로부터 이익을 얻을 수 있어, Honeywell에게 경쟁사 대비 이점을 제공할 수 있습니다.
현재 회사의 주요 모델은 H2이며, 이는 56 큐비트 트랩 이온 칩으로, 99.895%의 2큐비트 게이트 충실도를 가지고 있습니다.
다음 3세대는 1000개 이상의 큐비트까지 확장될 예정이며, 차기 출시 일정은 2025년, 2027년, 2029년으로 계획되어 있습니다.
출처: Quantinuum
최신 버전인 Apollo는 양자 컴퓨팅으로 수많은 상업적 응용을 가능하게 할 획기적인 기술이 될 것입니다.
| 세대 | 출시 연도 | 큐비트 수 | 핵심 특징 |
|---|---|---|---|
| H1 | 2021 | 12–20 | 초기 트랩 이온 테스트베드 |
| H2 | 2024 | 56 | 높은 충실도; 전-전 연결성 |
| H3 | 2025 | 100+ | 통합 포토닉스 지원 |
| Apollo | 2029 | 1000+ | 완전 오류 허용 양자 시스템 |
결론적으로, 하드웨어 준비와 QEC의 진보를 결합함으로써, 우리는 10년 말까지 Apollo를 실현할 수 있는 전망을 가지고 있습니다. 이는 완전 오류 허용 양자 우위 기계이며, 물리학, 재료, 화학 등에서 과학적 발견의 시대를 열어줄 상업적 전환점이 될 것입니다.
회사는 가능한 많은 오류가 발생하기 쉬운 큐비트를 추가하기보다, 오류가 거의 없는 고품질 컴퓨팅을 추구하여 일명 “오류 허용 양자 컴퓨팅”을 구현했습니다.
이 접근법은 회사에서 “더 나은 큐비트, 더 나은 결과”라고 명명했으며, 비슷한 수의 큐비트가 100~1,000배 더 신뢰할 수 있는 결과를 달성합니다.
출처: Quantinuum
이는 방위 기업 Thales (HO.PA -0.96%)가 이미 Quantinuum과 협력하고 있으며, 국제 은행인 HSBC와 JP Morgan과도 협력하고 있어, 긴급히 필요한 양자 저항 암호화에 크게 기여할 수 있습니다.
Quantinuum은 또한 제약, 재료 과학, 화학, 에너지 및 항공우주 분야에 활용 가능한 독점적인 양자 계산 화학 InQuanto를 제공합니다.
다른 많은 양자 컴퓨팅 기업들처럼, Quantinuum은 “하드웨어-서비스형”(hardware-as-a-service)인 Helios를 제공하여, 사용자가 시스템 운영의 복잡성을 직접 다루지 않고도 양자 컴퓨팅을 활용할 수 있게 합니다.
Quantinuum은 2024년 11월에 독일 Infineon과 파트너십을 체결했습니다, 유럽 최대 반도체 제조업체. Infineon은 통합 포토닉스와 제어 전자 기술을 제공해 차세대 트랩 이온 양자 컴퓨터를 만드는 데 도움을 줄 것입니다.
통합 포토닉스가 실용적인 사용 사례에 점점 가까워짐에 따라, 이 파트너십이 Quantinuum의 미래에 얼마나 중요한지 명확해졌습니다. 현재로서는 회사의 다음 단계가 세계 최초의 AI 중심 포토닉스-양자 칩을 출시하는 것인 것으로 보입니다.
앞으로 몇 달 안에, Quantinuum은 진행 중인 협업 결과를 공유하여, 생성 AI에서 양자 기반 혁신의 잠재력을 보여줄 것입니다.
혁신적인 Gen QAI 기능은 약물 전달을 위한 금속 유기 프레임워크(MOF)의 사용을 향상 및 가속화하여, 보다 효율적이고 개인화된 치료 옵션을 제공할 길을 열며, 자세한 내용은 Helios 출시 시 공개될 예정입니다.
이 출판물의 발표는 Quantinuum에서 이루어진 AI와 양자 컴퓨팅 연결의 빠른 진전에 관한 일련의 뉴스 중 하나입니다.
더 많은 진행 중인 사용 사례가 회사의 미래 가치를 크게 높일 수 있으며, 따라서 Honeywell의 지분과 투자자들이 얻을 잠재적 이익도 증가할 것입니다.
(또한 읽을 수 있습니다 Honeywell의 센서, 항공우주 부품 및 첨단 재료 핵심 사업과 Quantinuum 참여에 관한 전체 보고서
최신 Honeywell (HON) 주식 뉴스 및 개발
참조 연구
1. Kerolos M. A. Yousef, Marco D’Alessandro, Matthew Yeh, Neil Sinclair, Marko Loncar, and Federico Capasso. Metasurface quantum graphs for generalized Hong-Ou-Mandel interference. Science. 24 Jul 2025. Vol 389, Issue 6758 pp. 416-422. DOI: 10.1126/science.adw8404
