요약:
IBM은 최근 차세대 양자 프로세서 Nighthawk r3를 출시하고 향후 양자 컴퓨팅 개발 계획을 발표했습니다. 이 새로운 프로세서는 최대 10,000개의 양자 작업을 수행하도록 설계되어 운영 품질과 속도를 유지하면서 보다 복잡한 대규모 컴퓨팅 작업을 처리하며 IBM의 내결함성 양자 컴퓨팅 목표를 향한 중요한 단계를 나타냅니다.
IBM이 공개한 정보에 따르면 Nighthawk r3에는 단일 프로세서에서 10,000개의 양자 작업을 안정적으로 실행하는 것을 목표로 프로그래밍 가능한 520개의 큐비트와 2034개의 물리적 양자 구성 요소가 탑재될 예정입니다. 동시에 IBM은 2027년에 두 개의 Nighthawk r3 프로세서를 통합 시스템에 연결하여 1,000큐비트 이상의 양자 컴퓨팅 플랫폼을 구축할 계획입니다.
IBM 연구 책임자인 Jay Gambetta는 진정으로 가치 있는 양자 컴퓨팅에는 정확성뿐만 아니라 속도도 필요하다고 말했습니다. 양자 시스템의 규모가 지속적으로 확장됨에 따라 양자 컴퓨팅은 계산 품질과 처리 효율성을 모두 고려하여 현실 세계의 실질적인 문제만 해결할 수 있습니다.
이번에 출시된 나이트호크 r3는 올해 9월 출시된 나이트호크 r2를 기반으로 한다. 이전 r2 프로세서는 120큐비트에서 7,500개 이상의 양자 연산을 수행하고 초당 최대 100,000개 샘플의 처리 기능을 달성할 수 있었습니다. IBM은 이 플랫폼이 양자 컴퓨팅이 실제 업계 문제를 해결할 수 있는 잠재력을 갖기 시작했음을 입증했다고 믿습니다.
큐비트는 양자 컴퓨터의 기본 정보 단위로 기존 컴퓨터의 '비트'와 유사합니다. 그러나 0이나 1만 나타낼 수 있는 기존 비트와 달리 큐비트는 동시에 0과 1의 중첩 상태에 있을 수 있어 양자 컴퓨터가 매우 복잡한 컴퓨팅 작업을 병렬로 처리할 수 있습니다. 이는 양자컴퓨팅이 향후 재료과학, 화학 시뮬레이션, 약물 개발 및 최적화 분야의 문제를 해결하는 중요한 도구로 간주되는 이유 중 하나입니다.
Nighthawk r2의 가장 중요한 혁신 중 하나는 고속 큐비트 재설정 아키텍처의 도입입니다. 기존 양자 컴퓨팅 프로세스에서는 각 작업 후 큐비트가 다음 계산 라운드를 시작하기 전에 바닥 상태로 돌아가야 하며, 이 프로세스에는 수백 밀리초가 걸릴 수 있으므로 프로세서는 대부분의 시간을 대기 상태에서 소비하게 됩니다.
IBM이 개발한 신기술은 이러한 대기 과정을 크게 단축시켰습니다. 보고서에 따르면 큐비트 재설정 시간은 주변 큐비트의 작동을 방해하지 않고 약 200밀리초에서 약 25나노초로 압축되었습니다. 이를 통해 양자 시스템은 더 자주 계산을 수행하여 전반적인 효율성을 크게 향상시킬 수 있습니다.
이러한 기술적 성과를 바탕으로 IBM은 동일한 아키텍처를 Nighthawk r3으로 확장하고 시스템 규모와 컴퓨팅 성능을 더욱 향상시킬 계획입니다. 회사는 미래의 애플리케이션이 수백 큐비트에서 수천 또는 심지어 수만 개의 양자 연산을 수행하고 동시에 수백만 또는 심지어 수십억 개의 계산 샘플을 생성해야 하므로 속도와 규모가 필수적이라고 믿습니다.
IBM은 1,000큐비트 이상의 목표를 달성하기 위해 멀티 칩 상호 연결 기술의 최신 발전도 시연했습니다. 올해 초 연구팀은 4개의 장거리 양자 커플러를 사용하여 두 개의 Nighthawk r1 프로세서를 연결하는 데 성공했습니다. 이러한 양자 상호 연결 구조는 양자 컴퓨터 간의 "고속 브리지" 역할을 하여 여러 프로세서가 함께 작동할 수 있도록 합니다.
실험 데이터에 따르면 이 장거리 양자 연결은 99.4%의 정보 전송 충실도를 달성했으며, 이는 IBM이 설정한 목표인 99.9%에 점차 가까워지고 있습니다. 관련 기술이 성숙되면 여러 양자 프로세서가 더 큰 규모의 통합 양자 시스템을 형성하여 단일 칩 규모의 한계를 극복할 수 있게 됩니다.
IBM은 또한 E.ON, Algorithmiq 및 Q-CTRL을 포함한 다수의 파트너와 고객이 현재 Nighthawk r2 플랫폼에서 340억 개가 넘는 양자 회로를 실행하고 있다고 밝혔습니다. 일부 애플리케이션 시나리오에서는 IBM의 이전 양자 플랫폼에 비해 시스템 성능이 최대 19배 향상되었습니다.
실용적인 적용 측면에서 에너지 기업 E.ON은 Nighthawk r2를 사용하여 그리드 최적화와 관련된 양자 머신러닝 연구를 수행하여 약 15배의 성능 향상을 달성했습니다. IBM이 미국 오크리지 국립연구소와 협력해 진행한 자성재료 시뮬레이션 실험에서도 약 12배의 성능 가속을 달성했다. 이러한 결과는 양자 컴퓨팅이 실험실 연구에서 실제 산업 응용으로 점차 이동하고 있음을 나타냅니다.
분석가들은 Nighthawk r3의 출시가 IBM 양자 하드웨어 성능의 추가 업그레이드일 뿐만 아니라 더 중요하게는 수백 큐비트에서 천 큐비트 수준 시스템으로의 개발 경로를 보여준다고 믿습니다. 고속 재설정 아키텍처, 다중 칩 양자 상호 연결 및 내결함성 기술이 계속해서 성숙해짐에 따라 양자 컴퓨팅은 현실 세계의 복잡한 과학 및 산업 문제 해결에 점점 더 가까워지고 있습니다.
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