IBM, 120큐빗 '나이트호크' 연내 출시…30% 성능 향상

IBM이 120큐빗 양자 프로세서를 올해 제공할 계획을 밝히고 양자 이점 실현과 내결함성 양자컴퓨팅 구축을 향한 기술 로드맵을 구체화했다.

13일 IBM은 차세대 양자 프로세서 'IBM 양자 나이트호크(IBM Quantum Nighthawk)'와 실험용 프로세서 'IBM 양자 룬(IBM Quantum Loon)'을 공개했다.

나이트호크는 기존 헤론 아키텍처 대비 커플러 수를 20퍼센트 이상 늘려 회로 복잡도를 대폭 확장한 것이 특징이다. IBM은 이를 통해 약 30퍼센트 더 복잡한 양자 회로를 낮은 오류율로 실행할 수 있다고 설명했다.

나이트호크는 120개의 큐빗을 사각 격자 형태로 배열하고, 218개의 차세대 조절형 커플러를 통해 인접 큐빗 간 연결을 강화했다. 이 설계는 최대 5천개의 2큐빗 게이트를 활용한 실험적 회로 실행을 지원한다.

IBM은 후속 로드맵에서 나이트호크 기반 시스템이 내년에는 7천500개, 2027년에는 1만개의 2큐빗 게이트 실행을 목표로 한다고 밝혔다.

2028년에는 1천 큐빗 이상을 장거리 커플러로 연결하는 차세대 구조로 확장해 최대 1만5천개 수준의 2큐빗 게이트를 처리하는 시나리오도 제시했다. 회사는 2026년 말까지 검증 가능한 양자 이점 사례가 등장할 것으로 내다봤다.

IBM은 나이트호크와 함께 내결함성 양자컴퓨팅을 목표로 한 실험용 프로세서 'IBM 양자 룬'도 선보였다. 룬은 다층 저손실 라우팅 구조와 장거리 커플러 등 내결함성 구현에 필요한 요소를 통합한 칩이다.

특히 양자 저밀도 패리티 검사(qLDPC) 기반 오류 디코딩을 480나노초 미만 속도로 처리하는 데 성공해 실시간 에러 정정에 필요한 디코더 성능을 당초 계획보다 1년 앞당겨 입증했다. IBM은 룬이 내결함성 양자 아키텍처 실현을 위한 핵심 하드웨어 요소를 모두 구현한 첫 프로세서라고 강조했다.

소프트웨어 분야에서는 양자 SW 개발 도구인 '키스킷(Qiskit)'의 동적 회로 기능이 핵심 성과로 부각됐다. IBM은 최신 키스킷 기능을 통해 100큐빗 이상 규모 실험에서 결과 정확도가 24퍼센트 개선됐다고 설명했다.

또 HPC 기반 에러 완화 기능과 새로운 실행 모델, C-API 확장을 적용하면 정확한 결과를 얻는 비용을 100배 이상 줄일 수 있도록 성능을 끌어올렸다.

이와 함께 IBM은 C++ 인터페이스를 도입해 HPC 환경에서 양자 연산을 네이티브로 통합하는 전략도 내놨다. 향후 2027년까지 물리·화학·최적화 등 분야에서 활용할 수 있는 계산 라이브러리를 키스킷에 단계적으로 추가해 양자·고전 하이브리드 계산 생태계를 넓힌다는 계획이다.

양자칩 제조 인프라도 고도화되고 있다. IBM은 미국 뉴욕주 앨바니 나노테크 콤플렉스의 300밀리미터 웨이퍼 팹을 통해 양자 프로세서를 생산하고 있다.

이를 통해 연구개발 사이클을 절반 수준으로 단축해 속도를 2배 높였으며 칩 물리적 복잡도도 10배 증가시켰다. 여러 설계를 병렬로 검증할 수 있게 되면서 큐빗 연결성과 성능 개선을 위한 실험 주기가 크게 단축됐다는 설명이다.