컴퓨팅
삼중 초전도성 및 양자 큐비트
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대부분의 현재 양자 컴퓨터 프로토타입은 초전도 재료를 사용하여 양자 연산을 수행하고 있으며, 이러한 재료는 양자 특성을 보다 안정적으로 유지할 수 있습니다. 주요 대안은 이른바 “트랩 이온 양자 컴퓨터”입니다.
지금까지는 트랩 이온 모델만이 충분히 신뢰할 수 있는 것으로 입증되었지만, 유용한 큐비트 수가 매우 제한적입니다(일반 컴퓨터의 비트에 해당하는 양자 컴퓨터의 기본 단위).
물론, 이상적인 선택은 초전도 재료를 개선하여 양자 계산에 적합하게 만드는 것입니다. 이를 위해 격자 수술(lattice surgery)과 보다 오래 지속되는 큐비트와 같은 노력이 진행되었습니다. 그러나 여전히 상업적이고 확장 가능한 초전도 양자 컴퓨터를 만들기에는 충분하지 않습니다.
또 다른 첨단 컴퓨팅 분야는 스핀트로닉스로, 고전 전자 컴퓨팅에서 전하 대신 입자의 양자 특성인 스핀을 이용합니다. 지금까지 양자 컴퓨팅과 스핀트로닉스는 어느 정도 연관되어 있었지만, 초전도 재료는 스핀을 가지고 있지 않기 때문에 직접적으로 결합되지 않았습니다. 적어도 현재까지는 그렇습니다.
(이 기술에 전념한 우리의 기사에서 스핀트로닉스에 대해 더 알아볼 수 있습니다 여기)
노르웨이 과학기술대학(NTNU)과 이탈리아 살레르노 대학(Università degli Studi di Salerno)의 연구팀이 독특한 스핀 특성을 가진 삼중 초전도체를 발견했을 가능성이 있습니다.
이 새로운 유형의 초전도 물질은 초전도 양자 컴퓨터 구축에 혁신을 가져올 수 있습니다. 그들은 Physical Review Letters에 연구 결과를 발표했으며, 제목은 “Unveiling Intrinsic Triplet Superconductivity in Noncentrosymmetric NbRe through Inverse Spin-Valve Effects”입니다.
“삼중 초전도체는 고체 물리학 분야에서 일하는 많은 물리학자들의 희망 목록에 상위에 있습니다. 삼중 초전도체인 물질은 양자 기술, 특히 양자 컴퓨팅에서 일종의 ‘성배’와 같습니다.”
Professor Jacob Linder – Norwegian University of Science and Technology
한편, 코펜하겐 대학교 닐스 보어 연구소, 노르웨이 과학기술대학, 네덜란드 레이든 고급 컴퓨터 과학 연구소, 스웨덴 챌머스 공과대학, 독일 레겐스부르크 대학교, 그리고 Quantum Machines의 연구팀이 초전도 재료를 괴롭히는 핵심 문제인 결함을 효율적인 변동 탐지의 새로운 형태로 발견했습니다.
그들은 Physical Review X2에 연구 결과를 발표했으며, 제목은 “Real-Time Adaptive Tracking of Fluctuating Relaxation Rates in Superconducting Qubits”입니다.
삼중 초전도체
스크롤하려면 스와이프 →
| 기술 | 큐비트 안정성 | 확장성 | 에너지 효율 | 성숙도 |
|---|---|---|---|---|
| 초전도 | 보통 | 높은 잠재력 | 낮음 (극저온) | 상업 파일럿 |
| 트랩 이온 | 높음 | 제한적 | 보통 | 상업 파일럿 |
| 삼중 초전도 (제안) | 잠재적으로 높음 | 이론적 | 잠재적으로 개선됨 | 실험적 |
왜 중요한가?
이론적으로 스핀은 큐비트 간 및 서로 다른 양자 컴퓨터 간에 양자 정보를 전달하는 완벽한 매개체가 될 수 있습니다.
문제는 현재 형태의 기술이 너무 불안정하고 정보 전달이 너무 복잡해 실용적으로 사용하기 어렵다는 점입니다.
그러나 삼중 초전도체에 접근할 수 있다면 상황이 달라질 수 있습니다. 이는 스핀을 에너지 손실 없이 전달할 수 있어 초전도 입자가 이제 스핀을 함께 운반하기 때문입니다.
“삼중 초전도체는 여러 비정상적인 물리 현상을 가능하게 합니다. 이러한 현상은 양자 기술 및 스핀트로닉스에 중요한 응용을 가지고 있습니다.”
Professor Jacob Linder – Norwegian University of Science and Technology
따라서 일반적인 싱글릿 초전도체가 저항 없이 전력을 전달할 수 있는 반면, 삼중 초전도체는 스핀 전류도 완전한 무저항으로 전달할 수 있습니다. 결과적으로 양자 또는 스핀트로닉 컴퓨터는 초고속으로 동작하면서 거의 전기를 사용하지 않을 수 있습니다!
니오븀–레늄 합금
그들의 연구에서, 연구진은 니오븀–레늄 합금인 NbRe가 삼중 초전도체의 특성을 나타낸다는 것을 발견했습니다.
보다 정확히는, 그들은 다층 물질의 자기적 특성인 거대 자기 저항의 특수한 경우인 “역 스핀 밸브 효과”를 발견했으며, 이 발견은 2007년 노벨상을 수상했습니다.
이는 NbRe가 삼중 초전도체라는 증거는 아니지만, 전통적인 싱글릿 초전도체가 보여야 할 방식과 다르게 행동한다는 점은 확실히 증명합니다.
장기 잠재력
이 발견은 NbRe가 얇은 박막 형태로 쉽게 구할 수 있고, 이종구조의 단순함이 초전도 스핀트로닉스를 위한 확장 가능한 플랫폼으로 특히 유망하게 만듭니다.
또한, 이 물질은 상대적으로 높은 온도에서도 초전도체로 작동합니다(초전도 재료 기준으로는 높은 편이며), 절대 영도 -273.15 °C(−459.67 °F)보다 7 °C만 높습니다. 반면 대부분의 다른 후보 물질은 절대 영도보다 1 °C만 높아도 됩니다.
하지만 니오븀과 레늄 모두 비싸고 희귀한 금속이므로, 직접적으로 양자 컴퓨터를 저렴하게 만들지는 못합니다.
다음 단계는 다른 연구자들이 이 발견을 확인하고 삼중 초전도성을 입증하는 추가 실험을 수행하는 것입니다.
삼중 초전도체는 자체가 반입자와 동일한 매우 이색적인 입자인 “마요라나 입자”를 만드는 데에도 사용할 수 있습니다. 따라서 양자 컴퓨터에서 안정적으로 계산을 수행할 수 있습니다.
다른 연구자들이 마요라나 입자를 활용하는 데 점점 가까워지고 있으며, 마이크로소프트는 이미 마요라나 제로 모드(MZM)를 탑재한 칩을 보유하고 있기 때문에, 이는 양자 컴퓨팅의 미래 발전을 위한 점점 유망한 방향으로 보입니다.
양자 물질 결함 탐지
너무 빠른 변화
큐비트가 삽입된 물질은 종종 결함을 보이며, 이는 큐비트의 신뢰성 저하 원인입니다. 이러한 결함은 공간적으로 매우 빠르게 변동할 수 있으며, 초당 수백 번 변동하기도 합니다.
따라서 현재 결함을 탐지하는 방법은 최대 1분이 걸리며, 이를 포착하기에 전혀 충분하지 않습니다. 실제로, 지금까지 이 현상이 얼마나 빠르게 일어나는지 정확히 알지 못했습니다.
대신, 연구자들은 평균 에너지 손실률을 측정해야 하는데, 이는 종종 큐비트의 실제 성능을 완전하게 파악하지 못합니다.
그 결과, 초전도성을 기반으로 하는 양자 컴퓨터는 많은 “트릭”에 의존해 계산을 수행해야 하며, 종종 큐비트가 탈동조화되었음에도 사용자가 이를 감지하지 못하는 경우가 많습니다.
고전 컴퓨터 활용
결함 탐지를 가속화하기 위해 연구진은 특수 제어기인 FPGA(Field-Programmable Gate Array)를 사용했습니다. 이러한 특수 칩은 CPU나 GPU보다 유연성은 떨어지지만, 특정 작업에 매우 특화되어 있어 훨씬 빠르고 에너지 소모도 적습니다.
실험을 FPGA에서 직접 실행함으로써, 소수의 측정만으로 큐비트가 에너지를 얼마나 빨리 잃는지에 대한 “최선 추정”을 만들 수 있었습니다.
이는 명백한 해결책처럼 보이지만, FPGA를 올바르게 프로그래밍하는 것은 매우 어려웠으며, 특히 FPGA가 약간의 유연성을 필요로 할 경우 더욱 그렇습니다.
그들이 사용한 방법은 칩이 각 큐비트 측정 후 내부 “지식”(베이지안 모델이라고 함)을 업데이트하는 것입니다.
이로써 시스템은 가능한 효율적으로 큐비트 상태에 대한 학습을 지속적으로 적응시킬 수 있었습니다.
“컨트롤러는 논리, 측정 및 피드포워드 간의 매우 긴밀한 통합을 가능하게 하며, 이러한 구성 요소들이 우리 실험을 가능하게 했습니다.”
Associate Professor Morten Kjaergaard – Niels Bohr Institute
실시간 보정으로 향해
지금까지 양자 컴퓨팅 산업은 큐비트가 여전히 작동한다는 “희망”에 의존했으며, 탈동조화 확률과 속도를 줄이기 위해 노력해 왔습니다.
하지만 이 새로운 접근법은 완벽하지 않은 재료에서도 신뢰할 수 있는 큐비트를 적극적으로 선택하여 계산할 수 있는 길을 열어줍니다.
“우리 알고리즘을 사용하면, 고속 제어 하드웨어가 실시간으로 어느 큐비트가 ‘좋은’지 ‘나쁜’지 정확히 파악할 수 있습니다. 또한 ‘나쁜’ 큐비트에 대한 유용한 통계를 시간 단위가 아니라 초 단위로 수집할 수 있습니다.”
Associate Professor Morten Kjaergaard – Niels Bohr Institute
장기적으로 이는 평균과 추정에 의존하는 대신 개별 ‘나쁜’ 큐비트를 만드는 요인을 더 잘 이해하는 새로운 연구 분야를 열게 될 것입니다.
결론
전자 시대의 새벽과 마찬가지로, 양자 컴퓨팅의 발전은 다양한 방향에서 이루어질 것입니다.
중요한 측면 중 하나는 더 안정적이고 내구성 있는 큐비트를 만들 수 있는 우수한 초전도 재료의 생산이며, 동시에 초전도 스핀 전류 형태로 정보를 전달하는 것일 수도 있습니다.
한편, 특정 큐비트의 탈동조화를 개선된 방식으로 탐지하면, 더 복잡하거나 제조가 어려운 재료에 의존하지 않고도 성능을 급격히 향상시킬 수 있는 센서 및 소프트웨어 기반 방법을 제공할 수 있습니다.
양자 컴퓨팅 혁신에 투자하기
마이크로소프트
MSFT 가격 차트
마이크로소프트는 Windows 운영 체제에서 강력한 존재감을 가지고 있는 것으로 가장 잘 알려져 있지만, 다른 많은 기술 분야에서도 거대한 기업입니다.
예를 들어, Office(Outlook, Word, Excel, PowerPoint)를 포함한 비즈니스 솔루션 분야의 선두주자이며, 기업용 통화(Teams), 클라우드 공유 스토리지(OneDrive), Visio(다이어그램, 차트), Loop(협업 작업 공간), Access(데이터베이스) 등도 제공합니다.
클라우드 서비스 분야에서는 Amazon의 AWS가 주도하고 있지만, 마이크로소프트는 Azure 플랫폼을 통해 전 세계 클라우드 인프라의 20%를 차지하고 있으며, 이는 Google, Alibaba, Oracle의 합산 점유율과 맞먹습니다.
출처: Statista
마이크로소프트는 또한 LinkedIn, GitHub, Xbox 및 세계 최대 비디오 게임 스튜디오 중 다수를 소유하고 있습니다.
AI 분야에서 마이크로소프트는 소비자 앱보다 기술적 사용 사례와 비즈니스 응용에 더 집중해 왔으며, 특히 과학 연구에 유용한 AI를 다루는 AI4Science 프로그램이 눈에 띕니다.
예를 들어, AI가 3,200만 개의 잠재적 물질을 50만 후보로, 그리고 80시간 이내에 800개로 좁혀 물질 과학자들이 새로운 분자나 배터리 전극을 설계하는 작업을 가속화합니다.
출처: Microsoft
Unilever와 같은 기업들은 이미 이 “생성 화학”을 활용해 과학적 발견을 가속화하고 있습니다.
지금까지 양자 컴퓨팅에 관해서는 마이크로소프트가 Google이나 IBM에 비해 뒤처진 것으로 보였으며, Azure Quantum을 통해 양자 컴퓨팅 클라우드 서비스를 제공했습니다. 이 서비스는 또한 ‘하이브리드 컴퓨팅’(양자 컴퓨팅과 전통적인 클라우드 기반 슈퍼컴퓨터 서비스를 혼합)을 제공할 수 있습니다.
출처: Microsoft
마이크로소프트가 2025년 초 자체 마요라나 입자 기반 칩을 출시함에 따라, 이 회사는 양자 컴퓨팅 분야의 세계적인 선두주자 중 하나가 되었습니다.
삼중 초전도체와 같은 새로운 재료나 실시간 보정의 새로운 가능성을 통해, 마이크로소프트는 지속적으로 발전하며 이러한 새로운 도구들을 자체 양자 컴퓨터에 통합할 수 있을 것으로 보입니다.
(또한 마이크로소프트 전체에 대한 자세한 조명을 다룬 우리의 기사도 읽어볼 수 있습니다여기 회사를 더 잘 이해하기 위해).
- 삼중 초전도체는 아직 실험 단계이지만 높은 성장 잠재력을 가지고 있습니다.
- 실시간 큐비트 보정은 단기적으로 실용적입니다.
- 마이크로소프트는 다양화된 양자 노출을 제공합니다.
- IonQ, Rigetti, D-Wave는 보다 순수한 섹터 민감도를 제공합니다.
최신 마이크로소프트 (MSFT) 주식 뉴스 및 개발
참조 연구
1. F. Colangelo et al, Unveiling Intrinsic Triplet Superconductivity in Noncentrosymmetric NbRe through Inverse Spin-Valve Effects. Phys. Rev. Lett. 135, 226002 – 2025년 11월 25일 발행. DOI: https://doi.org/10.1103/q1nb-cvh6
2. Fabrizio Berritta, et al. Real-Time Adaptive Tracking of Fluctuating Relaxation Rates in Superconducting Qubits. Phys. Rev. X 16, 011025 – 2026년 2월 13일 발행. DOI: https://doi.org/10.1103/gk1b-stl3
