IBM, 내년 4000큐비트 퀀텀컴퓨터 개발…“10년 내 양자시대”

“클라우드 양자 컴퓨터 대중화 성큼”
대규모 양자 시스템 구축 및 투자 확대
‘이글’ 프로세서로, 유틸리티 스케일 달성

한국IBM은 경기 고양 킨텍스에서 열린 ‘퀀텀 코리아 2024’에 부스를 마련하고 이글 프로세서를 기반으로 한 퀀텀 컴퓨터를 선보였다.

IBM이 내년에 4000큐비트에 달하는 퀀텀 컴퓨터를 예정대로 출시하겠다고 로드맵을 재확인했다. 큐비트란 양자 정보시스템에서 사용되는 정보 단위로 크면 클수록 연산 능력이 큰 것을 뜻한다. 통상 양자 컴퓨터가 고전 컴퓨터 보다 특정 능력에서 우수한 것을 가리키는 ‘양자 우위(Quantum Supremacy)’는 약 50~100큐비트 수준이다.

한국IBM은 경기 고양 킨텍스에서 열린 ‘퀀텀 코리아 2024’에 부스를 마련하고 이같은 내용을 발표했다. IBM은 양자 슈퍼컴퓨팅 로드맵을 매년 발표하고 있다. IBM은 그동안 2019년 프로세서 팔콘 27큐비트, 2020년 허밍버드 65큐비트, 2021년 이글 127큐비트, 2022년 오스프리 433큐비트, 2023년 콘도르 1121큐비트를 잇따라 발표했다. 이어 올해 1386큐비트인 플라밍고와 내년에 4158큐비트인 코카부라를 잇따라 발표한다는 방침이다.

현재 퀀텀 컴퓨팅 업계의 관심은 오류 억제다. 양자 특성상 큐비트가 커지면 커질수록 오류율이 커지기 때문에, 이를 억제하면서 성능을 올리는 것이 관건이다. 현재 오류율은 업계 평균 0.1%에 달하는 것으로 알려졌다. 이를 위해 IBM은 올해부터 오류율을 낮추는 프로젝트에 돌입하는 동시에 모듈 방식으로 종전 프로세서를 활용해 큐비트는 늘리는 작업을 추진하고 있다. 예를 들어 156큐비트 프로세서 7개를 모듈타입으로 연결해 1092큐비트 성능을 내는 플라밍고(5000)이 대표적인 양자 컴퓨터다.

표창희 한국IBM 상무

아울러 IBM은 국내외 연구소와 손잡고 실증 사례를 이어가고 있다. 표창희 한국IBM 상무는 “연세대 송도캠퍼스에 시스템1을 설치 진행 중”이라며 “127큐비트 시스템을 하반기부터 대외적으로 서비스 제공할 예정이다”고 설명했다. 양자 컴퓨터 구조는 원통인 캡안에 또 다른 캡이 있는 구조다. 가장 작은 원통 하단 부분에 프로세서가 장착돼 있고, 그 원통을 또 다른 원통이 반복 감싼다. 하단 부분은 영하 273도지만 상단 부분은 실온에 가깝다. 이를 통해 완전한 진공과 초전도 상태를 유지한다. 맨 상단부분은 컨트롤러와 함께 작동한다. 상단 부분은 네트워킹으로 연결돼 있다. 표창희 상무는 “이글만으로 양자우위를 확보할 수 있게 됐다”면서 “현재는 병렬 원칩 기반 코딩을 쉽게 할 수 있도록 퀴스킷(Qiskit)이란 파이선 기반 개발 언어를 제공하고 있다”고 말했다. 현재 양자 컴퓨터의 80%는 퀴스킷으로 개발된다.퀴스킷은 일반적인 언어를 입력하면 원하는 데이터가 출력되도록 지원한다. 표 상무는 “고전적인 컴퓨터를 대체하지 않고 데이터 교환·별도 서비스를 통해 슈퍼컴퓨터와 양자 컴퓨터가 함께 연결될 수 있도록 한다”고 말했다.

IBM은 2023년 127 큐비트 IBM 퀀텀 이글 프로세서를 활용해 양자 시스템이 ‘유틸리티 스케일(유용성 단계)’에 도달했다고 강조했다. 유틸리티 스케일은 양자 컴퓨터가 고전 양자역학 시뮬레이션을 넘어 화학, 물리학, 소재 분야에서 기존 컴퓨터로 계산하기 어려운 규모의 문제를 연구하기 위한 과학적 도구로 활용될 수 있는 단계에 이르렀다는 것을 가리킨다. 이는 2023년 6월 네이처(Nature) 지 표지에 실렸다. 현재는 퀀텀 컴퓨팅과 일반 슈퍼컴퓨터를 연결해 생태계ㅖ를 확산하는 작업도 병행중이다. 표 상무는 “결국 양자 컴퓨팅은 고성능 컴퓨팅의 다음 진화 단계가 될 것이며, 오늘날 CPU와 GPU가 고성능 컴퓨팅의 필수 요소인 것처럼 QPU(Quantum Processing Unit: 양자 처리 장치)가 고성능 컴퓨팅의 또 다른 요소가 될 것” 이라고 말했다.

퀀텀 코리아 2024

현재는 다양한 기업과 함께 협업 중이다. 전기차 배터리 성능을 향상하기 위해 BMW와 협력하는 것이 대표적이다. 표 상무는 “분자 수준에서 어떤 일이 벌어지는지 확인하고 분자 단위 배터리 시뮬레이션을 진행할 수 있다”고 강조했다.IBM은 전 세계에 유용한 양자 컴퓨팅을 제공하기 위해 세계 최대의 양자 생태계를 구축해 왔다. 현재 IBM 퀀텀 네트워크에는 JSR, 웰스 파고(Wells Fargo), 보잉, HSBC, EON 등의 기업과 대학, 정부 기관을 포함해 250개 이상의 회원사가 참여하고 있다.