[사이언스미디어센터] 전문가 의견 '양자컴퓨터 오류 강건성 ' 논문 해설(네이처)

이번에 네이처지에 공개된 구글 양자컴퓨터 연구팀이 업데이트한 결과는 지난 2024년 말, 구글에서 공개한 105 물리 큐빗 규모의 양자컴퓨터 윌로우 칩 기반의 시스템이 더욱 정밀하고 오류 강건성이 확보된 연산을 수행할 수 있다는 중요한 마일스톤을 찍었다는 것에 의미를 둘 수 있다. 특히 이번 연구 결과는 구글이나 IBM 같은 회사들이 그간 경쟁을 벌여 오던 물리 큐빗의 스케일업 추세에서 방향 전환이 생기고 있다는 신호를 보여준다는 점에서 함의하는 바가 크다. 현재의 양자컴퓨터 기술 경쟁 국면에서는 여전히 물리 큐빗의 규모 자체를 늘리고 오버헤드 비율을 낮춰서 실제로 연산에 활용되는 논리 큐빗 늘리기가 첨예한 관심사다. 그러나 이제 양자컴퓨터의 실용적 활용을 위해 대두되고 있는 또 다른 중요 이슈는 양자컴 연산이 장시간 안정적으로 작동할 수 있게 해 주는 오류 강건성이 얼마나 좋아졌느냐다. 같은 물리 큐빗 숫자와 오버헤드 비율을 갖추더라도 코드거리에 따라 논리 오류가 더 빨리 감소하게 만들 수 있다면 실질적으로는 연산 효율성을 더 높일 수 있기 때문이다. 구글 연구팀이 이번에 업데이트한 전략은 중장기적으로는 논리 오류율을 낮춰 논리 큐빗 규모를 늘릴 수 있는 전략의 핵심적 근거를 보였다. 또한 구글 연구팀은 주로 양자우월성 혹은 양자우위 같은 겉보기 홍보에 가까운 지표에 치중하던 과거의 경향에서 벗어나, 장시간 작동 가능한 대규모 연산이라는 실용성에 주안을 두었다. 특히 이미 기술적으로 검증된 각종 테스트나 연산 툴들을 더 정교하게 다듬었다고 볼 수 있다. 특히 이미 1년 전 윌로우 칩에서 선보인 표면코드 기반 양자오류수정QEC 개념이 실험적으로 확장될 수 있음을 증명하였으며, 특히 코드거리를 늘리면 논리오류가 지수함수적으로 감쇠됨을 실험적으로 확정했기 때문에 향후 표면코드 기반의 QEC에 적합한 격자 형태 스케일업이 지속될 것도 유추할 수 있다. 또한 양자우위 개념을 단순히 연산속도의 압도적 격차로만 보여주는 것이 아니라, 양자간섭구조 고유의 특징을 증명하는 방법으로 보여줌으로써 고전적 전자컴퓨터는 이제 시뮬레이션으로도 흉내내기 어려운 근본적인 양자컴퓨터만의 차별적 특징을 확정적으로 보여준 것에서도 의미를 찾을 수 있다.

요약하자면 이번 구글 연구팀이 업데이트한 양자컴퓨터 기술은 완전히 새로운 개념의 기술은 아니다. 보다 실용적 활용이 가능한 수준으로 기술적 기반을 더 단단하게 다지고, 양자컴퓨터 규모 확장의 정당성, 그리고 양자컴퓨터 고유의 연산 특징을 더 확고하게 규정했다는 것에서 진짜 의미를 찾을 수 있다. 이를 기반으로 구글이 앞으로도 물리 큐빗 확장 뿐만 아니라 보다 근본적인 이슈, 즉, 양자오류수정의 실질적 효율 쪽으로 더 연구개발 자원을 집중을 할 것임도 예상할 수 있다. 이는 한국에서도 추구되는 양자컴퓨터 개발 전략 역시 두 축으로 전략이 업데이트될 필요가 있음을 의미한다. 큐빗 규모 확장과 더불어 장시간 작동 가능한 오류율 통제된 QEC 전략이 바로 그것이다.