세계 첫 다이아몬드 양자컴퓨터 화제…"상온에서 작동"

독일의 한 스타트업이 100큐비트를 넘어서는 세계 최초 다이아몬드 기반 양자 컴퓨팅 시스템을 공개했다. 기존 양자 컴퓨터와 달리 극저온 냉각 장비 없이 상온에서 작동할 수 있어 차세대 양자 기술의 새로운 가능성을 제시했다.

과학매체 라이브사이언스는 6일(현지시간) 독일 양자 컴퓨팅 스타트업 삭손 큐(Saxon Q)가 최대 128큐비트를 지원하는 다이아몬드 기반 양자 컴퓨터를 출시했다고 보도했다.

삭손 큐의 시스템은 합성 다이아몬드 내부에 존재하는 결함인 질소-공극(NV·Nitrogen Vacancy) 센터를 큐비트로 활용한다. 큐비트는 기존 컴퓨터의 비트처럼 0과 1 중 하나만 표현하는 것이 아니라 두 상태가 중첩된 양자 상태를 이용해 복잡한 계산을 수행할 수 있다.

이번 시스템은 서버 랙에 장착할 수 있는 형태로 제공되며 최대 128큐비트까지 지원한다. 회사는 내년에는 512큐비트급 시스템을 출시하고, 2030년 이후에는 1만 큐비트 이상 규모로 확장하는 것을 목표로 하고 있다.

라이브사이언스는 삭손 큐의 발표 이전까지 NV 센터 기반 양자 컴퓨터가 10개 이상 큐비트를 활용해 작동한다는 연구 결과는 공개된 적이 없었다고 설명했다.

결함 있는 다이아몬드가 양자 기술의 핵심

다이아몬드의 광학적 특성은 1970년대 처음 발견됐다. 당시 과학자들은 일부 다이아몬드가 특정 조건에서 선명한 붉은빛을 낸다는 사실을 확인했다. 이후 연구를 통해 그 원인이 내부의 원자 구조 결함 때문이라는 점을 밝혀냈다.

이 결함은 탄소 원자가 있어야 할 자리에 질소 원자가 들어가고, 주변에 원자가 비어 있는 공간이 형성되면서 발생한다. 자연 상태에서는 드물지만 과학자들은 실험실에서 질소 결함을 가진 합성 다이아몬드를 제작할 수 있다.

연구진은 특수 레이저를 이용해 질소 원자의 전자를 특정 상태로 제어한 뒤, 마이크로파 펄스를 활용해 전자를 양자 상태로 조작한다. 이를 통해 디지털 비트로는 구현하기 어려운 양자 정보를 저장하고 연산할 수 있다.

삭손 큐 공동 창립자이자 독일 라이프치히대학교 실험물리학 교수인 마리우스 그룬드만은 “10큐비트 장벽을 넘어설 수 있었던 핵심 돌파구는 새로운 재료 발견이었다”고 밝혔다.

삭손 큐는 합성 다이아몬드 내부에 빈 공간을 만들 때 황 원소를 함께 주입하는 방식을 적용해 큐비트 생성 수율을 오류 수정 전 기준 99.92%까지 높였다고 설명했다.

또 최신 단일 큐비트 연산 정확도가 99.98%에 달한다고 주장했다. 이는 IBM과 MIT 등 주요 양자 컴퓨팅 연구기관이 발표한 최신 오류 수정 수준과 비슷한 수치지만, 해당 성능은 아직 독립적인 검증을 거치지 않았다고 라이브사이언스는 지적했다.

극저온 냉각 없는 상온 양자 컴퓨터

삭손 큐 시스템의 가장 큰 특징은 상온에서 작동한다는 점이다. 기존 초전도 방식 양자 컴퓨터처럼 극저온 냉각 장비나 복잡한 현장 관리 시스템이 필요하지 않다. 또한 일반적인 컴퓨터 서버 랙에 설치할 수 있고 교류 전원에 직접 연결할 수 있어 구축 과정도 상대적으로 간단하다.

라이브사이언스는 이러한 특성이 클라우드 환경을 거치지 않고 양자 알고리즘을 직접 실행하려는 기업이나 연구기관에 장점이 될 수 있다고 평가했다.