IBM·시카고대, 양자컴퓨터 신뢰성 검증한다

IBM과 미국 시카고대학교 연구진이 양자컴퓨터 계산 결과의 정확성과 신뢰도를 평가할 수 있는 방식을 제시했다.

계산 결과에 대한 신뢰도를 측정할 수 있게 되면서 양자컴퓨팅 상용화의 걸림돌로 꼽혀온 검증의 어려움과 신뢰성 문제를 개선할 수 있는 성과로 주목받고 있다.

30일 연구진은 '검증 가능한 높은 정확도의 복잡한 양자 회로 샘플링' 논문을 발표했다고 밝혔다.

이번 연구의 핵심은 양자컴퓨터가 단순히 복잡한 계산을 수행하는 데 그치지 않고, 그 결과를 얼마나 신뢰할 수 있는지까지 함께 평가할 수 있도록 했다는 점이다.

양자컴퓨터는 특정 문제에서 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠른 계산 성능을 보일 수 있는 차세대 기술로 꼽히지만, 계산이 복잡해질수록 결과가 맞는지 검증하기 어렵다는 한계가 꾸준히 지적돼 왔다.

기존 양자 우위 실험에서는 '랜덤 서킷 샘플링'이 대표적인 방식으로 활용됐다. 이는 고전 컴퓨터가 효율적으로 재현하기 어려운 복잡한 출력값을 양자 시스템이 생성하는지를 확인하는 접근이다. 다만 문제의 난도가 높아질수록 결과를 다시 검산하는 일도 함께 어려워져, 실제 계산이 정확했는지를 입증하는 데 부담이 컸다.

IBM과 시카고대 연구진은 이번에 회로 구조를 보다 체계적으로 설계해 복잡한 양자 계산을 수행하면서도 계산 결과의 충실도와 정확도를 함께 평가할 수 있는 방식을 구현했다. 다시 말해, "기존 컴퓨터로 풀기 어려운 계산을 수행했다"는 주장에 더해 "그 계산 결과가 실제로 얼마나 믿을 만한지"를 판단할 수 있는 틀을 마련한 것이다.

연구진은 이번 실험에서 오류 정정이 적용된 로지컬 양자 회로를 사용했다. 로지컬 큐비트는 여러 개의 물리 큐비트를 묶어 오류에 더 강한 계산 단위로 구성한 것으로, 양자 오류 정정 기술의 핵심 요소로 꼽힌다. 이를 바탕으로 연구진은 대규모 양자 회로에서도 계산 정확도를 유지하면서 복잡한 연산을 수행할 수 있음을 보였다고 설명했다.

이번 성과는 양자컴퓨팅의 실용화 가능성을 높였다는 점에서도 의미가 크다. 실제 산업이나 과학 연구 현장에서는 단순히 계산 속도가 빠른 것만으로는 충분하지 않다.

신약 개발, 신소재 탐색, 최적화 문제 해결처럼 결과의 정확성이 중요한 분야에서는 계산 결과를 얼마나 신뢰할 수 있는지가 기술 활용의 핵심 기준이 된다. 이런 점에서 이번 연구는 양자컴퓨터를 실험실 단계의 기술에서 실제 응용 가능한 도구로 발전시키는 과정에서 중요한 진전으로 평가된다.

IBM은 양자 계산의 신뢰성을 뒷받침하는 추가 사례도 공개했다. 알고리드믹과는 이종 양자 물질 시뮬레이션을 통해, 고전 컴퓨터로 결과를 직접 검증하기 어려운 영역에서도 양자 계산 결과를 어떻게 신뢰할 수 있을지에 대한 검증 체계를 제시했다고 설명했다. 해당 연구는 공개 8개월이 지난 뒤에도 전체 문제 범위에서 고전 계산 기법이 신뢰할 만한 결과를 재현하지 못했다고 IBM 측은 밝혔다.

케드마와의 공동 연구에서는 오류 완화 소프트웨어를 IBM 양자컴퓨터에 적용해 복잡한 양자 물질 동역학을 관측한 사례를 소개했다.

IBM은 이 연구가 상용으로 제공되는 하드웨어와 소프트웨어를 활용해 양자 우위를 입증한 사례라고 강조했다.