IBM, 15분 양자계산 신뢰도까지 입증

IBM과 미국 시카고대 연구진이 고전 컴퓨터로는 현실적인 수행이 어려운 복잡한 계산을 양자컴퓨터로 약 15분 만에 끝내고, 결과의 정확성까지 통계적으로 검증했다. 단순한 속도 우위를 넘어 양자컴퓨터의 답을 신뢰할 수 있는지 확인할 방법을 제시하면서 상용화의 핵심 난제를 풀 단서를 마련했다. 연구 성과는 지난달 28일 논문 예고 사이트 아카이브에 공개됐고 30일 발표됐다.

실험에는 IBM의 ‘헤론’ 프로세서와 논리 큐비트 70개가 투입됐다. 연구진은 논리 2큐비트 연산 2415회와 논리 T게이트 468회를 수행하도록 회로를 구성하고, 오류 정정 부호로 회로를 인코딩해 계산 중 오류가 발견된 실행을 제외했다. 그 결과 유효 논리 오류율은 물리 오류율의 10분의 1 수준으로 낮아졌다. 같은 계산은 현재의 첨단 고전 시뮬레이션 기법으로도 감당하기 어려운 시간이 필요한 규모다.

양자 이점은 특정 계산에서 양자컴퓨터가 고전 컴퓨터로 현실적으로 달성하기 힘든 성능과 효율을 내는 상태를 뜻한다. 기존에는 복잡한 회로의 결과를 고전 컴퓨터가 효율적으로 재현할 수 있는지 비교하는 무작위 회로 샘플링이 주로 활용됐다. 그러나 계산 규모가 고전 컴퓨터의 한계를 넘으면 같은 연산을 되짚어 정답 여부를 확인하기 어려워지는 모순이 있었다. 이번 회로는 계산 난도를 유지하면서 수행 도중 오류를 탐지하도록 설계됐다.

기술적 한계도 확인됐다. 전체 약 350만 회 실행 가운데 최종 표본으로 채택된 것은 2051개로, 채택률이 0.06%에도 미치지 못했다. 사용된 논리 큐비트 역시 오류를 바로잡으며 계산을 지속하는 내결함성 큐비트가 아니라 오류 발견 시 해당 실행을 폐기하는 오류 검출 단계다. 그럼에도 계산 결과의 신뢰성을 평가할 길을 열었다는 점에서 신약·소재 개발과 복잡한 최적화처럼 정답을 미리 알기 어려운 연구·산업 분야의 양자컴퓨터 활용 기반을 넓힌 성과로 평가된다.