구글이 양자컴퓨터의 핵심 연산에 필요한 특수 양자 상태의 오류를 기존 대비 40분의 1 수준으로 줄이는 데 성공했다. 양자컴퓨터 상용화의 걸림돌인 오류 교정 부담을 낮출 기술로 주목된다.
19일 구글과 국제학술지 사이언스에 따르면 구글 퀀텀AI 연구진은 양자 프로세서 '윌로(Willow)'에서 '매직 스테이트 배양(Magic State Cultivation)' 기술을 구현했다. 연구 결과는 지난 15일 사이언스에 발표됐다.
양자컴퓨터는 기존 컴퓨터의 비트 대신 큐비트(Qubit)를 이용해 정보를 처리한다. 하지만 큐비트는 외부 환경 변화에 민감해 오류가 쉽게 발생한다. 정확한 계산을 위해 많은 큐비트를 오류 교정에 사용해야 하는 이유다.
특히 복잡한 양자 연산에 필요한 '매직 스테이트(Magic State)'를 만드는 데 막대한 자원이 들어간다. 매직 스테이트는 일반적인 양자 연산만으로 구현하기 어려운 고급 연산을 가능하게 하는 특수 양자 상태다. 사용하면 소모돼 계속 새로 만들어야 한다.
구글에 따르면 매직 스테이트 생성에 양자컴퓨터 전체 자원의 최대 95%가 필요할 수 있다는 추정도 나왔다. 실제 계산에 사용할 자원이 그만큼 줄어드는 셈이다.
구글이 개발한 기술은 불완전한 양자 상태에서 출발해 반복적으로 오류를 검사하는 방식이다. 문제가 발견되면 폐기하고 검사를 통과한 상태만 활용해 정확도를 높인다.
윌로에서 실험한 결과 매직 스테이트의 오류가 배양 과정을 거치지 않았을 때보다 약 40배 감소했다. 특정 매직 스테이트인 'T 상태'의 논리적 정확도는 99.99%에 달했다.
연구진은 서로 다른 오류 교정 체계인 '컬러 코드'와 '서피스 코드' 사이에서 개선된 양자 상태를 전달하는 데도 성공했다. 향후 대규모 양자컴퓨터에 기술을 적용할 가능성을 확인한 것이다.
다만 양자컴퓨터 전체의 오류율이 40배 낮아진 것은 아니다. 매직 스테이트 생성 과정에서 확인된 성과로, 상용화를 위해서는 더 큰 규모의 검증이 필요하다.
구글은 매직 스테이트 생성에 필요한 자원을 줄이면 물리적 큐비트 수와 양자컴퓨터 구축 비용도 낮출 수 있을 것으로 기대하고 있다.
구글은 “여전히 해결해야 할 기술적 과제가 많다”며 “이번 성과는 이론으로 제시됐던 기술을 실제 하드웨어에서 입증한 것으로, 유용한 오류 교정 양자컴퓨터 개발에 한 걸음 더 다가선 것”이라고 밝혔다.
박진형 기자 jin@etnews.com
