단일 원자 큐비트를 활용한 양자 컴퓨터 확장

단일 원자 안에 논리 큐비트를 인코딩하다

대규모 양자컴퓨터를 만들기 어려운 핵심 이유는 큐비트 수만이 아니다. 양자 상태는 잡음에 민감하고, 오류를 줄이기 위해 하나의 안정적인 논리 큐비트를 많은 물리 큐비트로 구성해야 하는 경우가 많다. 제어선, 냉각, 보정, 판독이 함께 늘어나기 때문에 시스템 규모는 빠르게 복잡해진다.

시드니대학교 연구진은 2025년 Nature Physics에 발표한 연구에서 포획 이온 하나의 기계적 진동에 Gottesman–Kitaev–Preskill(GKP) 논리 큐비트를 인코딩하고, 보편적 양자 계산에 필요한 단일 큐비트 게이트와 두 논리 큐비트 사이의 얽힘 게이트를 구현했다. 이는 ‘원자 하나가 완성된 양자컴퓨터가 됐다’는 뜻이 아니라, 하나의 조화 진동자라는 하드웨어 자원에 논리 정보를 더 효율적으로 담을 수 있음을 보여준 실험이다.

출처: Forbes

GKP 코드가 필요한 이유

GKP 코드는 연속적인 진동 모드의 위상 공간에 논리 상태를 격자 형태로 배치한다. 작은 위치·운동량 변위를 오류로 식별할 수 있다는 장점이 있지만, 유한한 에너지로 이상적인 상태를 정확히 만드는 일과 상태를 손상시키지 않고 게이트를 실행하는 일은 어렵다.

연구팀은 동적으로 변조된 빛과 원자의 상호작용, 그리고 최적 제어 기법을 이용해 유한 에너지 GKP 상태의 포락선을 보존하도록 연산을 설계했다. 실험한 게이트 집합에는 보편적 계산에 필요한 비클리퍼드 연산과 두 논리 큐비트 제어 Z 게이트가 포함됐다.

단일 원자라는 표현의 정확한 의미

여기서 논리 큐비트는 이온의 내부 전자 상태에 각각 저장된 독립 물리 큐비트가 아니다. 한 이온이 포획 장치 안에서 진동하는 연속 자유도에 인코딩된다. 따라서 결과는 하드웨어 효율을 높일 가능성을 보여주지만, 대규모 시스템에 필요한 다수 이온 연결, 안정적인 상태 준비, 반복 오류 정정, 빠른 판독과 제조 수율 문제를 해결하지는 않는다.

출처: Nature Physics

확장 가능한 양자컴퓨터에 주는 의미

논리 큐비트당 필요한 물리 하드웨어를 줄이면 제어 복잡도와 장치 규모를 낮출 수 있다. 그러나 실제 확장성은 논리 오류율, 게이트 시간, 상태 준비 성공률, 손실 오류, 연결성, 오류 정정 주기와 같은 전체 시스템 지표로 판단해야 한다.

이번 실험은 범용 논리 게이트의 구성 요소를 입증한 기초 연구다. 상용 수준의 내결함성 양자컴퓨터, 암호 해독 능력 또는 즉각적인 산업 우위를 입증한 것은 아니다. 서로 다른 플랫폼은 초전도, 포획 이온, 중성 원자, 광자, 스핀 등 각기 다른 속도·충실도·연결성·제조상의 장단점을 갖는다.

양자컴퓨터는 새로운 물리학의 실험 도구이기도 하다

양자 프로세서는 계산 장치이면서 다른 양자계를 모사하는 실험 플랫폼이 될 수 있다. 2025년 Nature에 발표된 별도의 연구에서 Google Quantum AI와 공동 연구진은 초전도 큐비트 프로세서로 2+1차원 격자 게이지 이론의 전하와 이를 잇는 문자열의 동역학을 시각화했다.

출처: Nature

전하와 문자열 끊김 관측

게이지 이론은 입자와 힘의 상호작용을 기술하지만, 강하게 결합된 동역학은 고전 컴퓨터로 계산하기 어렵다. 연구진은 전하 쌍을 잇는 전기 플럭스 문자열의 진동과 끊김을 양자 시뮬레이션으로 관찰했다.

출처: Nature

이 결과는 양자 시뮬레이터가 고에너지 물리의 특정 모델을 탐구하는 데 유용할 수 있음을 보여준다. 실제 자연의 모든 입자 상호작용을 재현했거나 기존 입자물리학 이론을 대체했다는 의미는 아니다. 유한한 장치 크기, 잡음, 모델 단순화와 측정 오차를 함께 고려해야 한다.

향후 과제

대규모 양자정보 처리를 위해서는 더 낮은 논리 오류율, 반복 가능한 오류 추출, 장시간 안정성, 모듈 간 연결, 제어 전자장치와 냉각의 확장이 필요하다. 물리 큐비트 수를 늘리는 것만으로는 충분하지 않으며, 유용한 계산은 문제 크기와 회로 깊이를 감당할 수 있는 논리 큐비트에서 수행돼야 한다.

단기적으로는 화학·재료·최적화·암호 분야의 실험이 계속되겠지만, 많은 작업은 여전히 고전 컴퓨터가 더 싸고 빠르다. ‘양자 우위’라는 표현도 특정 벤치마크의 성과인지, 기업이 비용을 지불할 실용 문제의 우위인지 구분해야 한다.

양자컴퓨팅 투자

Honeywell과 Quantinuum

Quantinuum은 Honeywell Quantum Solutions와 Cambridge Quantum의 결합으로 설립됐으며, 포획 이온 하드웨어와 양자 소프트웨어를 함께 개발한다. 이 회사는 2026년 6월 4일 기업공개를 완료했기 때문에, 종전 기사에 있던 ‘향후 IPO 가능성’과 추정 지분율은 더 이상 최신 정보가 아니다.

IPO 후 Honeywell은 Quantinuum 지분 48%를 보유하며 이를 지분법 투자로 회계 처리한다고 밝혔다. 따라서 Honeywell (HON ) 주식은 Quantinuum에 대한 간접 노출을 제공하지만, 회사 가치의 대부분을 양자컴퓨팅 하나로 설명할 수는 없다.

Honeywell 자체 사업과 재편, 보유 지분 가치, Quantinuum의 손익과 추가 자금 조달을 함께 봐야 한다. 상장된 Quantinuum 주식을 직접 보유하는 것과 Honeywell을 보유하는 것은 경제적 노출과 위험이 다르다.

Helios로 이어진 하드웨어 로드맵

종전 기사에서 최신 장치로 소개한 56물리큐비트 H2는 후속 시스템으로 넘어갔다. Quantinuum은 현재 98개의 완전 연결 바륨 이온 물리 큐비트를 갖춘 Helios를 클라우드와 온프레미스 방식으로 제공한다. 회사가 공개한 기준에서 단일 큐비트 게이트 충실도는 99.9975%, 두 큐비트 게이트 충실도는 99.921%다.

충실도가 높고 모든 큐비트 쌍을 연결할 수 있다는 점은 회로 구성에 유리하다. 다만 공급업체가 발표한 성능 수치 하나로 실제 애플리케이션 비용, 처리량, 논리 오류율 또는 경쟁 플랫폼 대비 우위를 확정할 수는 없다.

출처: Quantinuum

위 도표는 회사가 H2 시기에 공개한 자료이며 현재 제품 비교로 읽어서는 안 된다. 벤치마크는 장치 세대, 회로, 오류 완화와 측정 방식에 따라 달라진다.

소프트웨어와 파트너십

Quantinuum은 양자 화학 소프트웨어 InQuanto, 양자보안과 난수 기술, 그리고 하드웨어 서비스 접근을 제공한다. 금융, 제약, 재료, 사이버보안 기업들과의 실증은 기술 검증에 도움이 되지만, 연구 협력이 반복 매출이나 상업적 우위를 자동으로 보장하지는 않는다.

투자 위험

양자컴퓨팅 기업은 높은 연구개발비, 불확실한 상용화 시기, 빠른 기술 세대교체, 희석 가능성, 정부·대기업 계약 의존, 수출통제와 보안 규제에 노출된다. 장치 성능이 개선돼도 고객 문제가 고전 컴퓨터보다 경제적으로 해결되지 않으면 매출 성장이 제한될 수 있다.

Honeywell 투자자는 Quantinuum 외에도 산업 자동화, 에너지·지속가능성 솔루션, 기업 재편과 자본배분을 평가해야 한다. 이 내용은 일반 정보이며 개인별 투자 권유가 아니다.

최신 Honeywell (HON) 주식 뉴스 및 개발

연구 참고문헌

Universal quantum gate set for Gottesman–Kitaev–Preskill logical qubits, Nature Physics, 2025.

Visualizing dynamics of charges and strings in (2 + 1)D lattice gauge theories, Nature, 2025.