Heron과 Condor와 함께 날다: 양자 컴퓨터 최신 발전

IBM은 방금 발표했습니다 – 1,000개 이상의 큐비트 프로세서인 ‘Condor’와 오류 수정에 초점을 맞춘 프로세서인 ‘Heron’이라는 최신 돌파구를 공개했습니다.

양자 컴퓨터는 기계 기반 계산에 대한 새로운 접근 방식을 제시합니다. 중첩과 얽힘이 가능한 큐비트를 활용함으로써, 양자 컴퓨터는 기존 비트가 사용하는 전통적인 컴퓨터보다 더 빠르고 복잡한 계산을 수행할 잠재력을 가지고 있습니다. 전통적인 컴퓨팅에서는 비트가 0 또는 1 중 하나를 나타내지만, 양자 컴퓨팅의 큐비트는 두 상태를 동시에 나타낼 수 있습니다. 중요한 점은 양자 컴퓨팅이 기존 컴퓨팅을 대체하기보다 보완한다는 것으로, 분자 시뮬레이션 및 시스템 최적화와 같은 작업에 뛰어나며, 일상적인 작업은 기존 컴퓨팅이 더 적합합니다.

It is because of the types of tasks that quantum computing should excel at that the technology is so vaunted.  A computer capable of performing complex calculations orders of magnitudes quicker than its traditional counterparts is worth developing, as its use cases have the potential to change the world and our understanding of it.

IBM의 Heron 및 Condor

With its announcement, IBM has made significant strides in quantum computing by launching two advanced quantum processors: Heron and Condor.

Heron 프로세서는 ibm_torino 양자 시스템에 탑재되어 133개의 고정 주파수 큐비트와 조정 가능한 커플러를 갖추고 있으며, 이전 127큐비트 Eagle 프로세서 대비 3-5배 성능 향상을 제공합니다. 이 발전은 ‘교차 간섭'(큐비트 간의 원치 않는 상호 작용)을 사실상 제거하고 향후 하드웨어 개발의 기반을 마련합니다. 특히 IBM은 이미 이러한 칩을 ‘모듈형 아키텍처’ Quantum System Two 컴퓨팅 플랫폼에 활용하고 있습니다.

반면 Condor 프로세서는 1,121개의 초전도 큐비트를 갖춘 양자 프로세서로, 동일하게 주목할 만한 혁신입니다. 큐비트 밀도를 50% 증가시키고, 큐비트 제조 기술을 향상시키며, 단일 희석 냉각기 내에 1마일이 넘는 고밀도 저온 배선을 통합했습니다(극저온, 거의 절대 영도에 가까운 온도 달성에 사용되는 장치). Condor의 성능은 IBM의 이전 433큐비트 Osprey 프로세서와 비교해도 동등하며, 이는 양자 컴퓨팅에서 규모 확장과 향후 하드웨어 설계에 중요한 이정표가 됩니다.

These developments by IBM are pivotal in pushing the boundaries of quantum utility and advancing toward quantum-centric supercomputing.

응용 분야 및 한계

As previously mentioned, quantum computers are so vaunted due to their potential to greatly advance our understanding of just about every field of science.  The following are just a few examples of these.

의학: 의학 분야에서 양자 컴퓨팅은 분자의 양자 수준 행동을 시뮬레이션함으로써 신약 개발을 혁신할 수 있습니다. 이는 잠재적인 약물이 인체와 어떻게 상호 작용할지 더 정확하게 예측하게 하여 신약 개발 속도를 높이고 비용을 절감합니다.

기상학: 기상학에서는 양자 컴퓨터가 방대한 기상 데이터를 기존 컴퓨터보다 효율적으로 분석할 수 있습니다. 이는 보다 정확한 날씨 예측 및 기후 변화에 대한 이해를 가능하게 하여 자연 재해를 완화하고 농업 전략을 계획하는 데 도움을 줍니다.

복잡 문제 해결: 양자 컴퓨팅은 현재 고전 컴퓨터로는 풀 수 없는 문제, 예를 들어 물류 및 공급망 최적화와 같은 대규모 시스템 최적화나 복잡한 수학 문제를 해결할 수 있습니다. 이는 운송, 에너지, 금융 등 다양한 분야에 광범위한 영향을 미칩니다.

It is also important to recognize that we can not know what we cannot imagine.  Meaning, there will be scores of unexpected advancements made possible through the abilities one day provided by this technology.

“양자 컴퓨팅은 컴퓨팅의 미래입니다. 오늘날 우리가 상상조차 할 수 없는 과학적 발견과 기술적 진보의 새로운 가능성을 열어줄 것입니다.” – Arvind Krishna, IBM 회장 겸 CEO, CNBC 인터뷰

With quantum computers representing such a monumental technological achievement, it should come as no surprise that there have been, and remain, significant hurdles and limitations that must be overcome in time.  For example, quantum computing currently faces challenges in error correction, scalability, and developing practical algorithms.

In time, there are bound to be other hurdles that pop up, which were previously unexpected due to a rudimentary but growing understanding of quantum mechanics.  The complexity and potential of quantum physics was emphasized in the following quote.

“양자 역학을 이해한다고 생각한다면, 실제로는 양자 역학을 이해하지 못한 것이다.” – Richard Feynman, 물리학 노벨상 수상자

As it stands, these limitations mean quantum computers are not yet ready for widespread use.  With recent advancements, optimistic timelines point to another decade before this is the case.

교육: 미래 양자 컴퓨팅 인력 양성

In past decades, quantum computing seemed to be in such a distant future that courses teaching it were few and far between.  Now that a future in which they are actually in use is beginning to come into focus, the need to train the next generation of scientists and engineers who will be responsible for continuing this advancement is only increasing.  As a result, many universities are now offering specialized courses and programs in quantum computing to prepare a skilled workforce for this emerging field.

• 워털루 대학교의 양자 컴퓨팅 연구소는 학술 연구와 기술 상용화를 결합한 주목할 만한 사례이며, 블랙베리 창립자 마이크 라자리디스가 자금을 지원하고 약 296명의 연구원이 근무하며 1,500편 이상의 연구 논문을 발표했습니다.
• 옥스퍼드 대학교는 양자 컴퓨팅 분야에서 오랜 역사를 가지고 있으며, 최초의 순수 상태 NMR 양자 컴퓨터 등 중요한 기여를 해왔습니다.
• 하버드 대학교의 Harvard Quantum Initiative는 양자 컴퓨터와 그 응용 분야의 과학 및 공학을 발전시키는 데 초점을 맞추어 “두 번째 양자 혁명”을 준비하고 있습니다.
• MIT 이론 물리학 센터는 양자 정보와 양자 컴퓨팅을 깊이 탐구하며, 양자 알고리즘, 양자 정보 이론 및 양자 컴퓨터의 실험적 구현을 연구합니다.
• 싱가포르 국립대학 및 난양공대의 양자 기술 센터와 캘리포니아 대학교 버클리의 양자 정보 및 계산 센터도 양자 장치 연구 및 개발에 중점을 두고 양자 컴퓨팅 교육을 선도하고 있습니다.
• 메릴랜드 대학교의 공동 양자 연구소는 NIST와 LPS와 같은 주요 기관과 협력하여 양자 시스템을 제어하고 활용하는 광범위한 연구 프로그램을 수행합니다.

양자 컴퓨팅을 선도하는 산업 플레이어

While the aforementioned schools may be training the next generation of quantum computing specialists, the following few companies are currently paving the road to this future.

1.  International Business Machines Corporation

(IBM )

IBM은 양자 컴퓨터 개발 분야에서 오랫동안 선두를 달려왔습니다. 이 회사는 Qiskit Patterns와 같은 이니셔티브를 통해 양자 컴퓨팅 개발을 민주화하는 것을 목표로 하고 있습니다. 또한 IBM은 수백만 개의 큐비트를 갖춘 양자 시스템을 가능하게 할 새로운 모듈형 아키텍처와 네트워킹에 초점을 맞춘 대규모 실용 양자 컴퓨팅 로드맵을 확대했습니다.

2.  Microsoft Corporation

(MSFT )

Microsoft의 양자 컴퓨팅 노력은 클라우드 통합 및 협업에 중점을 두고 있습니다. 이 회사는 Azure Quantum에 업계 최고 수준의 양자 볼륨을 가진 양자 기계를 도입했으며, IonQ, Pasqal, Quantinuum, QCI, Rigetti와 파트너십을 맺었습니다. 이러한 통합은 실험을 촉진하고 규모화된 양자 컴퓨팅을 향한 단계가 됩니다. Microsoft는 양자 컴퓨팅의 전체 잠재력을 실현하기 위해 글로벌 생태계의 중요성을 강조하며, Azure를 통해 양자 기계를 클라우드 서비스로 제공하여 안전하고 책임감 있게 이 신기술을 활용할 계획입니다.

3.  Alphabet Inc.

(GOOGL )

Alphabet은 Google Quantum AI 연구소를 통해 양자 컴퓨팅에서 큰 진전을 이루었습니다. 2023년에 Google 과학자들은 양자 컴퓨팅에서 오래된 과제였던 오류율 감소에 대한 중요한 이정표를 발표했으며, Nature 저널에 발표된 연구는 오류율을 크게 낮추고 정보를 손상시키지 않으면서 오류를 감지하고 수정할 수 있는 오류 정정 코드를 구현한 시스템을 설명합니다. 이전에 2019년 Google은 Sycamore 기계로 “양자 우위”를 달성했다고 주장했으며, 200초 만에 전통적인 슈퍼컴퓨터가 10,000년이 걸릴 계산을 수행함으로써 전통 컴퓨팅을 훨씬 뛰어넘는 복잡한 문제 해결 가능성을 보여주었습니다.

결론

양자 컴퓨팅은 컴퓨팅 세계에 획기적인 도약을 의미하며, 수많은 분야를 혁신할 잠재력을 제공합니다. IBM이 Heron 및 Condor 양자 프로세서를 통해 최근 이룬 진전은 실용적인 양자 컴퓨팅을 향한 중요한 발걸음이지만, 오류 정정, 확장성 및 알고리즘 개발과 같은 중대한 과제가 여전히 남아 있어 지속적인 연구와 혁신이 필요합니다.

이러한 과제가 남아 있더라도 양자 컴퓨팅은 오늘날 우리가 상상조차 할 수 없는 가능성을 열어줄 것이며, 새로운 과학적 발견과 기술적 진보의 시대를 열어줄 것입니다. 그 완전한 잠재력은 아직 펼쳐지고 있으며, 다양한 산업과 사회에 미칠 영향은 깊고 광범위할 것입니다.