MS, 양자칩 실험 성공…정보 읽어도 큐비트 상태 그대로

마이크로소프트가 큐비트 관련 이전 연구에 제기된 비판에 정면으로 대응하는 새로운 연구 결과를 발표했다.

15일 마이크로소프트 연구진은 '마요라나 테트론 장치에서 Z 루프와 X 루프 측정의 상이한 지속 시간'이라는 제목의 논문을 아카이브(arXiv)를 통해 공개했다.

이번 논문은 올해 초 마이크로소프트가 발표한 양자 프로세서 '마요라나1(Majorana 1)'의 기술적 신뢰성을 보강하기 위한 후속 연구의 일환이다.

마요라나1은 위상학(topology) 개념을 기반으로 외부 자극에 약한 큐비트를 보호하고 계산 오류를 최소화하는 것을 목표로 설계된 양자 프로세서다.

마이크로소프트 측에 따르면 단일 프로세서에 100만 개 이상의 큐비트를 집적할 수 있는 확장성을 갖추고 있어 양자컴퓨터 상용화의 새로운 이정표로 평가받고 있다.

하지만 마요라나1이 실제로 구현됐는지를 입증할 결정적인 실험적 증거가 부족하다는 이유로 학계 일각에서는 여전히 회의적인 시선이 존재했다.

마이크로소프트 연구진은 이번 실험을 통해 이러한 비판에 실질적인 답을 제시하고자 했다. 연구팀은 '테트론(Tetron)'이라 불리는 프로토타입 양자 장치를 통해 서로 다른 두 가지 양자 상태 측정값(Z와 X)을 안정적으로 구분했다고 밝혔다.

여기서 말하는 Z와 X는 양자 정보를 표현하는 두 가지 기준 축인 파울리 Z와 파울리 X를 뜻한다. 이를 통해 마이크로소프트는 동일한 마요라나 기반 큐비트에서 서로 영향을 주지 않는 두 측정 방식이 가능하다는 점을 보여줬다.

이를 통해 이번 연구의 핵심인 '퍼리티(parity)' 측정이 가능하다는 설명이다. 퍼리티는 전자 개수가 홀수인지 짝수인지를 간접적으로 측정할 수 있는 성질이다. 양자 상태를 붕괴시키지 않고도 신호를 얻을 수 있다는 점에서 매우 유용한 측정 방식이다.

실험 결과 Z 루프 측정값의 퍼리티 수명은 평균 12.4밀리초(ms)로 나타났다. 반면 X 루프 측정에서는 평균 14.5마이크로초(μs)로 Z보다 약 1천 배 짧은 수명을 기록했다.

이러한 수명 차이는 두 측정 방식의 물리적 특성 차이에서 비롯된 것으로 해석된다. Z 루프는 상대적으로 환경으로부터 격리돼 있어 안정성이 높고 X 루프는 열적 들뜸이나 에너지 교란에 민감해 더 빠르게 상태가 바뀌는 것으로 보인다는 설명이다.

마이크로소프트는 서로 다른 두 루프에서 측정한 퍼리티 수명이 명확히 다르게 유지된다는 점은 장치 내부에서 두 개의 독립된 퍼리티 상태가 동시에 존재하고 구분 가능하다는 것을 시사한다고 강조했다.

이는 토폴로지 큐비트의 핵심 전제이자 실현 가능성을 보여주는 중요한 물리적 증거로 받아들여질 수 있다는 설명이다.

마이크로소프트는 이번 연구가 위상학적 보호를 받는 큐비트의 초기화와 측정이 가능함을 보여줬으며 토폴로지 큐비트의 실용화에 한 걸음 더 다가선 결과라고 자평하고 있다.

마이크로소프트에서 양자컴퓨팅 개발을 이끌고 있는 체탄 나약 부사장은 "이 연구는 마요라나 기반 시스템에서 페르미온 퍼리티에 대한 두 가지 서로 다른 사영 측정을 최초로 입증한 것"이라며 "위상 큐비트에서 수행될 때 이러한 측정은 직교 기저에서의 파울리 연산에 해당하며 이는 양자 계산의 기본 요건"이라고 말했다.

그는 "테트론 장치에서 이러한 연산을 시연한 것은 위상 큐비트 기반 확장 가능한 양자 컴퓨팅을 향한 우리의 로드맵에서 또 다른 중요한 이정표"라고 강조했다.