AWS, 신규 양자컴퓨팅 칩 `오셀롯` 발표…"오류정정 비용 최대 90% 절감"

AWS 신규 양자컴퓨팅 칩 '오셀롯'. AWS 제공

아마존웹서비스(AWS)는 캘리포니아공과대학의 AWS양자컴퓨팅센터팀이 개발한 새로운 양자컴퓨팅 칩 '오셀롯(Ocelot)'을 발표했다. 회사는 네이처(Nature) 학술지를 통해 연구 결과도 공개했다.

AWS에 따르면 이 칩은 기존 접근방식 대비 양자오류정정 구현비용을 최대 90%까지 줄일 수 있으며, 현존 컴퓨터로는 풀 수 없는 상업적·과학적으로 중요한 문제 해결을 위한 내결함성(fault-tolerant) 양자컴퓨터 개발에 큰 진전을 이룰 것으로 기대된다.

양자컴퓨터의 오류 정정은 실용화를 위한 핵심과제다. 양자컴퓨터는 외부 환경의 작은 변화에도 민감해 진동, 열, 전자기기 신호 등으로 인해 오류가 발생할 수 있다. 이를 방지하려면 여러 큐비트에 걸쳐 양자 오류를 정정하는 기술이 필요하지만, 기존 방식은 큐비트를 대량으로 요구해 비용이 높았다.

AWS는 오셀롯을 통해 오류정정에 필요한 자원을 크게 줄일 수 있다고 강조했다. 칩 아키텍처 설계 단계서부터 오류정정 기능을 내장하고 '고양이 큐비트(cat qubit)'를 활용하는 새로운 방식을 채택했다. '슈뢰딩거의 고양이' 사고실험에서 이름을 따온 고양이 큐비트는 비트 반전 오류(bit-flip error)를 자체적으로 억제해 오류정정을 위한 자원을 크게 절감한다.

AWS 연구진은 오셀롯을 활용해 고양이 큐비트 기술과 추가 양자오류정정 구성요소를 최초로 마이크로칩에 결합했다. 이 마이크로칩은 반도체산업에서 차용한 제조공정을 사용해 확장 가능한 방식으로 제조할 수 있다는 게 회사의 설명이다.

고양이 큐비트는 오실레이터를 통해 계산에 사용되는 양자 상태를 저장하며, 오셀롯의 고품질 오실레이터는 탄탈륨 초전도 물질의 얇은 필름으로 제작됐다. AWS 재료 과학자들은 실리콘 칩에 탄탈륨을 처리하는 특정 방법을 개발해 오실레이터 성능을 높였다.

오셀롯은 두 개의 실리콘 마이크로칩으로 구성됐고 각 칩은 약 1cm² 크기다. 이 칩들은 전기적으로 연결된 칩 스택 형태로 결합됐고, 실리콘 표면에는 양자회로 요소를 형성하는 얇은 층의 초전도 물질이 배치됐다. 칩은 14개의 핵심 구성요소로 구성됐으며, 이 요소들에는 5개의 데이터 큐비트(고양이 큐비트)와 이를 안정화하기 위한 5개의 '버퍼 회로, 그리고 오류를 감지하기 위한 4개의 추가 큐비트가 포함된다.

AWS 연구팀의 실험 결과에 따르면, 오셀롯은 비트 반전 시간(bit-flip times)이 1초에 근접하는 성능을 보였다. 이는 기존 초전도 큐비트보다 약 1000배 더 긴 수명을 의미한다. 또한 위상 반전 시간(phase-flip times)은 20마이크로초를 기록했는데, 이는 양자오류정정에 충분한 수준이다.

오스카 페인터 AWS 퀀텀 하드웨어 디렉터는 "최근 양자 연구의 발전을 통해 오류에 강하고 실용적인 양자컴퓨터의 등장은 이제 가능성의 문제가 아닌 시간의 문제다. 이런 과정에서 오셀롯의 등장은 중요한 이정표가 될 것"이라며 "오셀롯 아키텍처로 만들어진 양자칩은 오류 정정에 필요한 자원이 큰 폭으로 줄어 비용이 기존 방식의 5분의 1 수준으로 줄어들 수 있다. 이는 실용적인 양자컴퓨터의 등장을 최대 5년 앞당길 것으로 예상한다"고 말했다.팽동현기자 dhp@dt.co.kr