IBM, 양자·슈퍼컴 결합 시대 연다…참조 아키텍처 공개

QPU·CPU·GPU 통합 모델 제시…분자 시뮬레이션 등 연구 성과 확대

IBM이 양자 컴퓨팅을 기존 슈퍼컴퓨팅 환경에 결합하기 위한 새로운 아키텍처를 공개했다. 양자 프로세서와 고성능 컴퓨팅(HPC)을 통합해 차세대 계산 모델 구현에 나선다는 목표다.

IBM은 양자 중심 슈퍼컴퓨팅을 구현하기 위한 업계 최초의 참조 아키텍처를 공개했다고 13일 밝혔다.

이 아키텍처는 양자 프로세서(QPU)가 중앙처리장치(CPU)·그래픽처리장치(GPU)와 함께 온프레미스 환경, 연구기관, 클라우드 등 다양한 컴퓨팅 환경에서 동시에 활용될 수 있도록 설계된 것이 특징이다. 단일 컴퓨팅 방식만으로 해결하기 어려운 과학 문제를 양자와 고전 컴퓨팅 결합으로 해결하는 새로운 계산 모델이라는 설명이다.

양자 중심 슈퍼컴퓨팅 참조 아키텍처 (사진=IBM)

IBM은 양자 시스템과 기존 컴퓨팅 시스템을 단일 통합 환경으로 묶어 연산 효율을 높였다. 양자 하드웨어(HW)를 CPU·GPU 클러스터, 고속 네트워크, 공유 스토리지 등 클래식 인프라와 결합해 대규모 계산 작업과 알고리즘 연구를 안정적으로 처리할 수 있도록 지원한다.

또 키스킷(Qiskit)을 비롯한 개방형 소프트웨어(SW)와 오케스트레이션 기능을 제공해 연구자와 개발자가 기존 개발 환경과 도구를 그대로 활용하면서 양자 컴퓨팅 기능에 접근할 수 있도록 했다. 이를 통해 화학· 신소재·최적화 등 다양한 분야에서 양자 컴퓨팅의 실제 활용 가능성을 높인다는 목표다.

IBM은 이미 여러 연구 프로젝트에서 양자 중심 슈퍼컴퓨팅 접근 방식의 가능성을 확인했다고 밝혔다. IBM과 맨체스터대·옥스퍼드대·ETH 취리히·EPFL·레겐스부르크대 연구진은 세계 최초로 '하프-뫼비우스 분자'를 합성하고 양자 중심 슈퍼컴퓨터로 전자 구조를 검증하는 연구를 진행했다.

또 클리블랜드 클리닉은 303개 원자로 구성된 트립토판 케이지 미니 단백질을 양자 중심 슈퍼컴퓨팅 기반으로 시뮬레이션했으며 IBM과 일본 이화학연구소(RIKEN), 시카고대 연구진은 특정 양자 시스템의 최저 에너지 상태 계산에서 기존 방식보다 높은 정확도를 기록했다.

IBM은 글로벌 연구기관 및 파트너들과 함께 해당 참조 아키텍처를 지속 확장할 계획이다. IBM과 렌셀러 폴리테크닉 대학교(RPI)는 양자 자원과 HPC 자원을 하나의 워크플로로 연결하기 위한 스케줄링과 오케스트레이션 기술을 공동 개발 중이다. 향후 양자 중심 알고리즘을 발전시키며 다양한 산업 분야에서 활용 범위를 넓힐 방침이다.

제이 감베타 IBM 리서치 총괄사장은 "40여 년 전 리처드 파인만은 양자 물리 현상을 직접 시뮬레이션할 수 있는 컴퓨터를 상상했다"며 "우리는 그 비전을 현실로 만들기 위해 연구를 이어왔다"고 강조했다. 

이어 "앞으로의 컴퓨팅은 양자 프로세서와 고성능 클래식 컴퓨팅이 함께 작동하는 양자 중심 슈퍼컴퓨팅으로 발전할 것"이라고 말했다.