IBM, 차세대 양자컴퓨터 '퀀텀 시스템 투' 디자인 공개

433·1121큐비트 프로세서 활용…2023년 가동

"다중 퀀텀시스템·프로세서 연결 가능성 보여"

IBM 퀀텀 시스템, 미국·독일·일본·한국에 배치

최초 100개 이상 큐비트 프로세서 '이글' 개발

양자우위 실현…"일반컴퓨터 넘어서는 이정표"

IBM 퀀텀 시스템 투 [사진=IBM리서치 유튜브 영상 갈무리]

IBM이 차세대 양자컴퓨터 '퀀텀 시스템 투(Quantum System Two)' 디자인을 공개했다. 20큐비트 양자 프로세서를 탑재한 '퀀텀 시스템 원'을 처음 선보인지 2년 10개월만이다.

17일 IBM은 연례 행사 'IBM 퀀텀 서밋 2021'을 개최하고 127큐비트 프로세서 '이글(Eagle)'을 공개했다. 이글 프로세서는 전통적인 컴퓨터로 구현할 수 없는 양자회로를 실행할 수 있는 단계에 도달한 연구 성과를 의미한다. 양자시스템이 하드웨어 발전을 통해 기존 컴퓨터 성능을 뛰어넘는 '양자 이점(Quantum Advantage, 양자우위의 다른 표현)'을 달성했다는 게 IBM 측의 설명이다.

이글 프로세서는 100개 이상의 가용 큐비트를 포함한 IBM 최초의 양자프로세서다. IBM은 오류를 줄인 큐비트 배열 디자인과 필수 구성요소의 수를 줄인 아키텍처 등 기존 양자프로세서 연구에서 확보한 혁신기술로 이글 프로세서를 설계했다. 이 기술은 큐비트를 단일 레이어에 유지하면서 프로세서 내 여러 물리적 레벨에 배치된 배선을 제어해 큐비트 수를 크게 늘릴 수 있게 했다. 

큐비트 수를 늘리면 에너지와 신약개발 등 분야에 사용되는 새로운 분자, 물질 모델링, 머신러닝 최적화 등에서 한차원 높은 수준의 문제를 탐구하기 위한 실험이나 애플리케이션 실행을 할 수 있다. 이글 프로세서의 127큐비트 상태를 전통적인 컴퓨터의 비트로 표현하려면 75억 이상의 세계 인구를 구성하는 원자 수를 모두 합한 것보다 많은 숫자가 필요하다.

다리오 길 IBM 수석부사장 겸 연구소장은 "이글 프로세서는 양자컴퓨터가 일반컴퓨터를 능가하는 시대로 가는 데 중요한 이정표"라며 "IBM이 양자 하드웨어와 소프트웨어 디자인을 발전시키고 양자컴퓨팅과 일반컴퓨팅이 상호보완하는 방법을 마련해 글로벌 생태계 조성에 노력하는 이유는 양자컴퓨팅이 우리 시대의 최대 난제를 해결하는 데 도움이 될 것이기 떄문"이라고 말했다.

IBM은 양자컴퓨팅 하드웨어 발전을 양자의 크기, 품질, 속도, 세 가지 속성으로 측정한다. 양자의 크기는 프로세서의 큐비트 수를 뜻한다. 이는 실행 가능한 양자회로의 크기를 결정한다. 양자의 질은 하드웨어에서 양자회로가 얼마나 정확하게 실행되는지를 나타내며 '양자 볼륨'으로 측정된다. 속도는 최근 IBM이 발표한 초당 회로 레이어 연산(CLOPS)으로 측정된다. 다수의 양자회로로 구성된 실제 연산을 실행할 수 있는 가능성을 의미한다.

이글 프로세서는 IBM 퀀텀네트워크 일부 회원사 대상으로 제공된다. IBM클라우드의 시범 시스템으로 쓸 수 있다.
 

IBM 이글 프로세서 [사진=IBM 제공]

이날 IBM은 2019년 1월 최초의 통합 양자컴퓨팅 시스템 '퀀텀 시스템 원'을 공개한지 2년 10개월만에 두 번째 통합 양자컴퓨팅 시스템 '퀀텀 시스템 투'를 공개했다. 퀀텀 시스템 투는 IBM이 내년 발표할 433큐비트 프로세서와 내후년 내놓을 1121큐비트 프로세서로 작동하도록 설계됐다. 그 프로토타입은 내후년부터 가동된다. 여러 개의 퀀텀 시스템과 다중 양자 프로세서를 연결할 수도 있다.

퀀텀 시스템 투에는 많은 큐비트를 제어할 전자장치와 큐비트를 유지하는 극저온 냉각 기술이 필요했다. 이를 위해 차세대 큐비트 제어용 전자장치가 고집적 극저온 부품과 통합되고 케이블로 연결됐다. 대형 프로세서에 필요한 지원 하드웨어 공간을 극대화하고 엔지니어가 쉽게 접근해 다룰 수 있도록 IBM이 블루포스(BlueFors)와 함께 설계한 새로운 구조의 극저온 플랫폼이 적용됐다.

IBM은 퀀텀 시스템을 클라우드기반 IBM 퀀텀 서비스의 기반으로 미국뿐아니라 세계 각지에 보급하고 있다. 독일 프라운호퍼연구협회(Fraunhofer Gesellschaft)와 일본 도쿄대학교, 미국 클리블랜드 클리닉(Cleveland Clinic)에도 배치할 계획이다. 연세대학교와의 파트너십을 통해 IBM 퀀텀 시스템을 국내에도 처음으로 설치할 계획이다.

제이 감베타 IBM 펠로우 겸 양자 컴퓨팅 부문 부사장은 "IBM 퀀텀 시스템 투는 시스템 인프라의 모듈화와 유연성이 지속적인 발전의 핵심이 될 양자컴퓨팅 데이터센터의 미래를 엿볼 수 있는 기회를 제공한다"라며 "시스템 투는 다양한 기술에서 새로운 혁신을 이끌어내는 IBM의 오랜 전통을 양자 컴퓨팅과 고전 컴퓨팅에서 구현한 것"이라고 말했다.