IBM-록히드, 양자컴퓨터로 복잡 분자 계산 성공…실용성 '입증'

IBM과 록히드마틴이 양자컴퓨팅을 활용해 기존 컴퓨터로는 정확하게 계산하기 어려웠던 복잡한 화학 문제를 정밀하게 시뮬레이션하는 데 성공했다. 이번 결과는 단순한 이론 검증을 넘어 양자컴퓨팅이 실제 과학 문제 해결 도구로 활용될 수 있음을 보여준 사례 중 하나로 평가된다.

26일 퀀텀 인사이더 등 외신에 따르면 IBM과 록히드 마틴은 미국화학회(ACS)에 '메틸렌 싱글렛 및 트리플렛 상태에 대한 양자중심 계산 연구(Quantum-Centric Computational Study of Methylene Singlet and Triplet States)' 논문을 게재했다.

이번 공동 연구는 메틸렌(CH₂) 분자의 서로 다른 두 양자상태 사이의 에너지 차이를 양자컴퓨터로 정밀하게 예측한 것이다.

메틸렌은 탄소 원자 1개와 수소 원자 2개로 구성된 단순한 분자지만, 전자가 짝을 이루지 않은 개방껍질(open-shell) 특성을 지닌다. 이러한 구조는 전자 간 상호작용이 매우 복잡해 일반적인 고성능 컴퓨팅(HPC) 방식으로는 정밀한 계산이 어렵다.

이를 해결하기 위해 연구진은 IBM의 양자중심 슈퍼컴퓨팅 플랫폼을 기반으로 샘플 기반 양자대각화(SQD) 기법을 도입했다. 이 방식은 양자컴퓨터가 복잡한 전자 상태를 여러 차례 측정해 데이터를 수집하고 고전 컴퓨터가 이를 수학적으로 정리해 최종 에너지 값을 도출하는 양자-고전 하이브리드 계산 구조다.

양자컴퓨터가 측정에 활용된 이유는 전자의 중첩(superposition)과 얽힘(entanglement) 같은 양자특성을 고전 컴퓨터로는 직접 구현하기 어렵기 때문이다. 반면 양자컴퓨터는 이러한 복잡한 양자상태를 물리적으로 구현하고 관측할 수 있는 장점을 지닌다.

연구팀은 이 방식으로 계산한 메틸렌의 에너지 차이가 실험값은 물론, 고전 계산 방식 중에서도 가장 정밀한 것으로 알려진 선택적 구성 상호작용(SCI) 결과와도 거의 일치함을 확인했다고 밝혔다.

이번 성과는 단순한 알고리즘 검증을 넘어 양자컴퓨터가 복잡한 분자의 전자 구조를 실제로 계산하고 예측할 수 있음을 입증한 것이다. 관련 업계에선 양자화학 분야의 본격적인 실용화를 앞당길 계기가 될 것으로 기대 중이다.