*구글블로그 번역본입니다. 오역이 있을수 있습니다.
오늘, 최고 성능의 양자 칩 ‘윌로우’에 힘입어 우리는 세계 최초로 검증 가능한 양자 우위(verifiable quantum advantage)를 실증했다. 이 이정표는 유용한 양자 계산을 실현하는 데 결정적인 한 걸음이며, 우리 양자 하드웨어 시스템에 집약된 정밀도와 속도 덕분에 가능해졌다.
윌로우: 최고 수준의 성능을 설계하다
최첨단 양자 칩 윌로우는 초전도 양자 회로로 제작됐다. 이 분야는 1985년 거시적 양자 효과의 획기적 발견에서 출발해, 존 클라크·미셸 데보레·존 마티니스가 2025년 노벨 물리학상을 받게 한 연구다. 초전도 큐빗은 거시적인 “인공 원자”로 작동하며, 지난 40년간 집적 회로 제조 기술의 성숙과 학계·산업계의 활발한 연구로 성능과 확장성을 동시에 확보, 오류 내성 있는 양자 컴퓨터의 선도 플랫폼으로 자리매김했다.
이러한 선도 플랫폼 위에 복잡하고 실용적인 응용을 통해 양자 컴퓨팅이 사람들에게 실질적 도움을 줄 수 있도록 하고자 했다. 분자 등 양자 시스템의 내부 역학에 숨겨진 정보를 드러내기 위해 ‘퀀텀 에코(Quantum Echoes)’ 알고리즘을 성공적으로 실행했다. 이 알고리즘은 양자 컴퓨터 내부에서 양자 데이터 흐름을 역전시키는 방식으로, 시스템 전체 규모에서 윌로우의 성능에 매우 까다로운 요구를 건다. 수많은 양자 게이트와 대량의 양자 측정을 동시에 수행해야만 배경 잡음 속에서 유의미한 신호를 뽑아낼 수 있기 때문이다.
현 세대 윌로우 칩은 출시 이후 지속적인 개선을 거쳐 대규모에서도 최고 수준의 성능을 발휘한다. 105개 전체 큐빗에서 단일 큐빗 게이트 정밀도 99.97%, 얽힘 게이트 99.88%, 독출 99.5%를 달성하며, 모든 연산이 수십~수백 나노초라는 압도적인 속도로 이뤄진다.
이처럼 높은 정밀도의 양자 게이트 덕분에 대규모 양자 간섭과 얽힘을 요하는 퀀텀 에코 알고리즘을 무리 없이 수행할 수 있었고, 결과는 고전 컴퓨터로는 절대 도달할 수 없는 영역에 위치한다. 더욱이 시스템은 수십 초 만에 수백만 번의 퀀텀 에코 측정을 수행할 수 있어, 프로젝트 전체에서 1조 회에 달하는 측정을 완료했다. 이는 지금까지 모든 양자 컴퓨터에서 수행된 총 측정의 상당 부분에 해당하며, 양자 컴퓨팅 역사상 가장 복잡한 실험 중 하나로 기록됐다.
오류 내성으로 가는 길: 전략적 로드맵
우리는 초창기부터 ‘고전을 넘어서는 계산→양자 오류 수정 프로토타입→임계값 이하 오류 수정→장수 논리 큐빗’이라는 구글 퀀텀 AI 로드맵을 충실히 따르고 있다. 2019년 1단계, 2023년 2단계를 완료한 데 이어 2024년 윌로우를 통해 3단계를 향한 ‘임계값 이하 양자 오류 수정’을 달성했다.
오늘 실증된 검증 가능한 양자 우위는 유용한 양자 응용 탐구에 대한 우리의 지속적 노력을 보여주는 또 하나의 결정적 증거다. 이는 초전도 큐빗을 이용해 대규모·복잡한 양자 계산을 수행할 수 있다는 확신을 더욱 굳건히 한다.
다음 이정표인 ‘장수 논리 큐빗’을 향해 나아가며 앞으로 해결해야 할 수많은 난제를 잘 알고 있다. 최종 목표에 도달하려면 시스템 성능과 규모를 수십~수백 배 향상시켜야 하며, 수백만 개의 구성 요소를 개발하고 성숙시켜야 한다. 그럼에도 우리는 이 길을 묵묵히 개척해 나갈 것이다.
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