논란의 구글 양자컴퓨터 칩 드디어 공개 "양자우월성 달성했다" - 구글 네이처 논문 화제

지난 9월, 구글이 새로 개발한 양자컴퓨터 칩 ‘시커모어’가 특정 과제를 푸는 임무에서 현존하는 가장 강력한 슈퍼컴퓨터를 완전히 압도해,

양자컴퓨터가 기존 디지털 컴퓨터의 성능을 일부 넘어서는 ‘양자우월성(양자우위)’을 최초로 달성했다는 내용을 담은 문건이 미국항공우주국(NASA) 사이트에 게시됐다 삭제된 사건이 발생했다.

당시 구글은 현존 최고 슈퍼컴퓨터로 1만 년 걸릴 문제를 양자컴퓨터로 3분 20초(200초)만에 풀었다고 밝혀 과학계와 공학계에 파장을 일으켰다. 

이 연구 결과가 동료 평가를 거친 정식 논문으로 드디어 출판됐다. 유출됐던 연구 내용은 전부 맞는 것으로 드러났다.

경쟁사인 IBM은 문건 유출이 보도된 10월 초부터 지난 21일까지 줄곧 “구글은 양자우월성에 도달하지 않았다”고 부정해 왔지만, 적어도 구글이 현존 최고의 양자컴퓨터 칩을 개발해 특정 과제에서 슈퍼컴퓨터보다 뛰어난 성능을 보인 것은 확실해졌다.

존 마르티니스 미국 UC샌타바버라 교수와 구글 인공지능(AI)퀀텀팀은 “기존 최강 슈퍼컴퓨터로 푸는 데 1만 년 걸리는 과제를 3분 20초(200초)만에 푸는 새로운 양자컴퓨터 칩 ‘시커모어(플라타너스라는 뜻)’를 개발하고 성능을 시험하는 데 성공했다”는 내용의 논문을 국제학술지 ‘네이처’ 23일자 온라인판에 공개했다.

네이처가 정규 발행 시간이 아닌 때에 논문을 즉시보도로 공개하는 일은 매우 드물다. 그만큼 이번 논문을 둘러싼 억측과 논란이 치열했음을 보여주는 대목이다. 

구글이 이번에 개발한 시커모어는 53개의 큐비트(양자비트. 양자 정보 최소 단위)를 십(十)자 모양으로 연결해 구현한 최신 양자컴퓨터 칩이다.

절대0도에 가까운 극저온으로 냉각했을 때 저항이 0이 되는 소재인 초전도체 사이에 금속을 끼운 전자소자(조셉슨 소자) 내부에서, 전자 두 개가 하나의 양자처럼 쌍을 이뤄 통과하는 현상을 이용해 계산을 하는 ‘초전도 소자’ 방식을 쓴다.

초전도 방식은 23일 삼성이 투자하기로 한 미국의 양자컴퓨터 기업 ‘아이온큐’가 연구 중인 이온트랩(이온덫) 방식과 함께 현재 가장 유력한 양자컴퓨터 큐비트 구현 방식으로 꼽힌다.

이온트랩은 자기장 등을 이용해 이온을 분리, 제어한 뒤 양자상태를 측정해 양자정보를 처리하는 기술이다.

구글은 시커모어를 이용해 난수를 증명하는 비교적 단순한 알고리즘을 수행하고 성능을 평가했다.

정 책임연구원은 “양자컴퓨터 칩의 성능을 시험하기 위해 고안된 알고리즘 중 하나로, 대부분 기존 컴퓨터보다 양자컴퓨터가 더 뛰어난 성능을 보이게 돼 있다”고 말했다.

하지만 이를 실제로 구현하는 것은 어려운데, 구글은 시커모어로 이 작업을 3분 20초 만에 끝내는 데 성공했다.

구글은 “이 과제는 현존 최강의 슈퍼컴퓨터로도 1만 년 걸리는 문제”라고 밝혀 사실상 이 과제에 한해서는 ‘양자우월성’을 달성했다고 밝혔다.

현존 최강의 슈퍼컴퓨터는 미국 오크리지국립연구소의 ‘서미트’로 2019년 6월 독일 프랑크푸르트에서 개최된 슈퍼컴퓨팅 콘퍼런스가 발표한 세계 슈퍼컴퓨터 성능 순위에서 148페타플롭스(PF)의 연산속도를 발휘했다.

1PF는 1초에 1000조 개의 계산을 할 수 있는 속도다.

구글은 "시커모어는 프로그래밍이 가능한 양자컴퓨터 칩"이라며 "이미 올해 봄 양자우월성을 달성한 뒤 지금은 양자화학과 머신러닝 양자물리 등에 응용하려 시험하고 있다"고 밝혔다.