구글의 양자 컴퓨터 개발 성공? 양자 우월성이란?

Google은 이번 양자 컴퓨터를 개발하면서 Nature에 'ibm-Q'를 능가하는 '양자 우월성(Quantum supremacy)'을 달성했다고 발표했다.

---

양자컴퓨터란?

• 양자컴퓨터는 Intel, IBM, Google 등 많은 회사가 연구하고 있는 컴퓨터이다.
• 양자컴퓨터는 관측 전까진 양자가 지닌 정보를 측정 할 수 없다는 '중첩성(Superposition)'을 이용해서 계산을 한다.
• 양자는 물질 이온 전자등의 입자를 이용해서 만든뒤 여러개의 양자를 서로 관련성을 지니도록 묶는다(entanglment)
• 양자 정보의 단위를 qbit를 사용한다. 디지털 정보단위 bit는 0 또는 1의 값을 갖지만 양자 정보는 관측전까지 0이기도 하고 1이기도 하기에 많은 양의 qbit이 모이면 동시에 막대한 정보를 병렬로 한꺼번에 처리할 수 있다.

지금까지 Intel과 IBM, Google 모두 양자컴퓨터를 개발했다고 많이 알려왔는데 이번 Google이 만든 양자컴퓨터는 양자우월성을 달성했다고 발표함에 있어 다른 양자컴퓨터와는 다름을 보이고 있다.

 

양자 우월성이란?

• 양자우월성이란 양자 컴퓨터가 기존의 컴퓨터의 성능을 능가할때 사용하는 말이다.
• 보통 50개의 qbit를 사용하면 기존의 슈퍼컴퓨터의 성능을 뛰어넘는다.

 

그럼 기존의 양자 컴퓨터는 50개 이상의 qbit을 사용하지 않았는가?

그렇지는 않다. Intel, IBM, Google 모두 50개 이상의 qbit을 사용하여 양자컴퓨터를 만든적이 있지만 양자 오류의 문제에서 벗어나지 못해 양자우월성을 달성하지 못했다.

 

양자오류란?

민감한 양자 물리적 상태인 양자 결맞음(quantum coherence), 묶인 상태는 주변의 잡음 등 교란으로 인해 유지하기가 어렵다. 이 주변의 잡음(열, 전기장, 자기장, 진동 등)으로 생기는 노이즈를 양자 오류라고 한다.

 

일반적으로 1개의 qbit의 양자오류를 잡기위해 100개의 qbit이 더필요하다고 한다.

하지만 이번에 google이 nature에 발표한 논문에는 54개 중 53개의 qbit을 사용하여 양자 우월성을 달성했다고 발표했다. 이는 최첨단 슈퍼 컴퓨터가 동등한 작업을 수행하는데 10,000년이 소요될것인데 양자 컴퓨터로 200초만에 계산을 할 수 있다고 주장했다.

 

IBM은 동등한 계산을 해보니 자기들이 가진 슈퍼 컴퓨터로 2.5일 정도 걸린다고 얘기하며 10,000년이 아니라곤 했지만 이번 구글이 만든 슈퍼 컴퓨터가 충분히 양자 우월성을 가지고 있음은 어느정도 인정한듯 보인다.