"10자(秭)년 걸릴 계산을 5분 만에"…구글, 신형 양자칩 '윌로우' 공개

슈퍼컴퓨터로 10,000,000,000,000,000,000,000,000년 걸릴 계산 5분만에 처리

구글이 신형 양자칩 '윌로우'를 공개했다. 양자오류를 대폭 줄였을 뿐 아니라 10자(10의 25제곱) 년이 걸리는 표준 벤치마크 계산을 5분 이내에 수행한 것으로 나타났다.

10일 구글은 '표면 코드 임곗값 아래의 양자 오류 정정'이라는 논문을 공식 블로그와 큐비트를 통해 공개했다.

윌로우는 105큐비트 초전도 프로세서로 벤치마크 프로그램인 랜덤 회로 샘플링(RCS)을 수행한 결과 현재 가장 빠른 슈퍼컴퓨터로 10해년 또는 10 셉트리온 년이 걸리는 계산을 5분 이내에 수행했다. 10해년을 숫자로 표현할 경우 10,000,000,000,000,000,000,000,000에 달한다.

구글의 신형 양자프로세서 '윌로우' (이미지=구글)

이 프로세서는 양자컴퓨터 상용화의 가장 큰 걸림돌인 잦은 오류를 최소화하는 것을 목표로 개발된 칩이다. 특히 이 칩은 큐비트 규모가 커질수록 오류를 줄일 수 있는 최신 기술을 적용한 것이 특징이다.

구글은 물리적 큐비트 배열을 테스트한 결과 3x3 그리드, 5x5 그리드, 7x7 그리드 단위로 규모가 커질수록 오류율을 절반 수준으로 줄일 수 있었다고 밝혔다.

더불어 평균 큐비트 수명을 약 20마이크로초(μs)에서 68μs±13μs로 3배 이상 향상시키는 성과를 거뒀다. 큐비트의 수명이 늘어난다는 것은 양자 상태(중첩, 얽힘 등)를 더 오래 유지할 수 있다는 뜻으로 보다 안정적이고 신뢰할 수 있는 양자 연산을 가능하게 한다.

윌로우 칩에 사용된 양자오류 정정 핵심기술은 논리적 큐비트와 표면코드(Surface codes)다. 논리적 큐비트는 여러 개의 물리적 큐비트 간에 서로 정보를 보정할 수 있도록 연계해 오류를 감지하고 방지하는 기술이다.

구글의 논문에 따르면 표면 코드 논리적 큐비트는 크기가 커질 수록 더 많은 오류를 수정할 수 있다(이미지=구글)

표면 코드는 논리적 큐비트를 구현하는 과정에서 핵심적인 기술이다. 큐비트를 3x3 등 2차원 격자형태로 배치해 양자가 외부환경과 상호작용하며 발생하는 디코히런스(Decoherence)나 게이트 오류 등을 방지하고 안정적인 계산을 유지할 수 있도록 돕는다.

구글은 두 기술을 비롯한 다양한 기술을 활용해 양자 오류 정정 기술이 성공적으로 작동할 수 있는 오류율의 임곗값을 넘어섰다며 상용화까지 상당한 진척을 거뒀다고 강조했다.

하르트무트 네벤 구글 양자AI의 창립자이자 책임자는 "양자 컴퓨팅 분야의 다음 도전 과제는 양자 칩을 사용해 유용하고, 고전적 컴퓨팅을 넘어서는 첫 번째 계산을 시연하는 것"이라며 "윌로우 세대의 칩이 이 목표를 달성하는 데 도움을 줄 수 있을 것이라고 낙관하고 있다"고 말했다.

이어 "많은 사람들이 왜 신생 AI를 떠나 양자 컴퓨팅에 집중하게 되었는지 가끔 묻는다"며 "두 기술 모두 혁신적이지만 고급 AI는 양자 컴퓨팅를 통해 더욱 가속 발전할 것으로 기대한다"고 설명했다.