노벨물리학상 배출한 구글…양자컴 또 일냈다

양자컴퓨터를 실제 과학 연구에 사용할 수 있는 길이 열렸다. 구글이 양자컴퓨팅 결과를 검증할 수 있는 '양자 메아리' 기술을 개발하면서다.

구글은 23일 자사 최첨단 양자 칩인 윌로우를 통해 사상 최초로 검증 가능한 알고리즘을 성공적으로 실행했다고 밝혔다. 윌로우 또는 다른 양자컴퓨터로 똑같은 계산을 수행해 동일한 결과를 반복적으로 얻어낼 수 있다는 뜻이다. 구글은 윌로우에서 이 알고리즘을 실행한 결과 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터의 최고 성능 고전 알고리즘보다 1만3000배 빠른 처리 속도를 입증했다.

구글은 2019년 10월 '시카모어'라는 53큐비트 양자컴퓨터를 이용해 기존 슈퍼컴퓨터로 1만년이 걸릴 복잡할 계산을 200초 만에 해결했다고 밝혔다. 특정 문제에서 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠르다는 것을 증명한 '양자 우위'의 첫 사례였다.

다만 양자컴퓨팅의 기본 단위인 큐비트(Qubit)는 빛 등 외부 요인에 매우 민감해, 미세한 간섭만으로도 계산 오류가 발생한다. 이러한 불안정성은 양자컴퓨팅을 과학 연구에 쓰기 어렵게 만든 주요 원인이었다. 그러나 반복 계산이 가능해지면서 양자컴퓨터는 더 이상 연구 대상이 아닌 새로운 과학 발견의 도구로 전환됐다는 게 구글의 설명이다.

구글은 알고리즘 반복 시행을 위해 '양자 메아리' 기술을 도입했다. 정확히 조율된 신호를 양자 시스템(윌로우 칩의 큐비트)으로 보낸 뒤, 거꾸로 그 과정을 되돌아오는 메아리를 감지하는 방식이다. 구글은 "양자 메아리는 양자 파동이 합쳐져 더 강해지는 현상인 보강 간섭을 통해 측정 민감도를 믿을 수 없을 정도로 향상시킬 수 있다"고 설명했다.

구글은 이러한 접근법을 검증하기 위해 UC버클리와 공동 연구를 진행했다. 윌로우 칩 양자컴퓨터와 핵자기공명분석법(NMR)을 이용해 각각 15개·28개 원자로 구성된 분자를 분석해본 것이다. 실험 결과 두 분석 결과는 일치했으며 양자컴퓨터를 통해 더욱 세밀한 결과까지 얻어낼 수 있었다. 구글은 "망원경과 현미경에 이전에는 볼 수 없던 새로운 세계를 열어줬듯 이번 실험은 지금까지 관찰할 수 없었던 자연 현상을 측정할 수 있는 '퀀텀스코프(quantum-scope)'로 나아가는 첫 걸음"이라고 밝혔다.

구글의 이번 발표는 올해 노벨 물리학상 수상으로 이어진 초전도 큐비트 기술 연구에 뿌리를 두고 있다. 올해 노벨 물리학상을 수상한 미셸 드보레 예일대 교수는 윌로우 칩을 포함한 이번 연구에 참여했다. 공동 수상자인 존 마티니스 산타바바라 캘리포니아대(UC산타바바라) 교수는 2014년 구글에 합류해 2020년까지 양자 하드웨어 구축 프로젝트를 이끌었다.

실리콘밸리=김인엽 특파원 inside@hankyung.com