구글은 앞으로 10년 내에 세계 최초의 유용하고, 오류 보정된 양자 컴퓨터 구축을 목표로 하고 있습니다. 이는 신재생 에너지 및 증가하는 세계 인구를 먹여 살리기 위한 탄소 배출량 감소 등 전 세계에서 가장 시급한 문제에 대한 해결책 마련 속도를 높임은 물론 더욱 유용한 AI와 같은 새로운 과학적 발견의 길을 열어줄 것입니다.
내결함성 양자 컴퓨터 구축을 위한 여정을 시작하기 위해, 구글은 오늘 캘리포니아 산타 바바라에 새롭게 문을 연 퀀텀 AI 캠퍼스를 공개합니다. 이 캠퍼스에는 구글 최초의 양자 데이터센터와 양자 하드웨어 연구소가 자리하고 있습니다. 바로 이 캠퍼스에서 구글의 연구 팀은 세계를 위한 오류 보정 양자 컴퓨터를 만들기 위해 노력하고 있습니다.
구글은 검색 내 맞춤법 검사를 시작으로 20년 전부터 머신러닝을 활용하기 시작했으며, 10년 전부터는 현대 AI의 초석이 된 신경망을 개발하며 딥러닝의 혁신을 주도했습니다. AI를 포함한 여러 기술에 대한 이러한 혁신은 우리가 오늘날 사용하는 놀라운 애플리케이션 구현을 지원하고 있습니다. 앞으로의 10년을 들여다 보면, 기후변화에서부터 다음 팬데믹에 대한 대응에 이르는 가장 중대한 글로벌 도전 과제 상당수에서 새로운 유형의 컴퓨팅이 요구된다는 것을 알 수 있습니다.
전력망의 부하를 줄일 수 있도록 더 나은 배터리를 제작하거나, 현재 질소 고정으로 인해 전 세계 탄소 배출량이 2%에 이르는 비료를 대체할 친환경 비료를 생산하거나, 다음 팬데믹이 발발하기 전에 이를 사전에 막는 표적 의약품 등을 개발하기 위해서는 분자에 대한 이해를 높여, 이를 보다 잘 설계해야 합니다. 이는 자연에 대한 시뮬레이션을 정확하게 해야 한다는 의미입니다. 보통 크기의 분자를 시뮬레이션을 할 때에도 기존의 컴퓨터로는 컴퓨팅 리소스가 빠르게 고갈되기 때문에 분자를 효과적으로 시뮬레이션 하기란 어렵습니다. 또한, 자연은 양자 역학으로 이루어져있기 때문에 원자 간의 결합과 상호 작용은 확률적으로 행동하며, 단순한 고전적 컴퓨팅 논리를 뛰어넘는 더 풍부한 다이내믹을 가지고있습니다.
이런 이유때문에 양자 컴퓨터가 필요합니다. 양자 컴퓨터는 복잡한 중첩 상태으로 얽히는 양자 비트, 일명 큐비트를 사용하므로 실제 분자의 복잡성을 자연스럽게 미러링합니다. 오류 보정 양자 컴퓨터를 사용하면 분자가 행동하고 상호작용하는 방식을 시뮬레이션 할 수 있어 비싼 실제 프로토타입에 투자하지 않고도 새로운 화학적 프로세스 및 신소재를 가상으로 실험하고 발명할 수 있습니다. 이러한 새로운 컴퓨팅 성능은 향상된 배터리, 에너지 효율 비료, 표적 의약품은 물론 최적화 향상, 새로운 AI 아키텍처 등의 발견을 가속화할 수 있도록 지원할 것 입니다.
구글은 목표를 달성하기 위해 초대형 오류 보정식 컴퓨터 내에서 작동될 약 1백만 개의 물리적 큐비트를 만들기 위한 여정을 시작했습니다. 현재의 시스템이 100큐비트 미만이라는 점에 비추어 비약적인 도약이 필요합니다.
물리적 큐비트의 원활한 작동을 위해서는 양자 연산을 함께 작동하는 오류 보정된 두 개의 논리 큐비트인 “양자 트랜지스터”를 개발한 다음, 수백에서 수천 개를 타일링하여 오류 보정된 양자 컴퓨터를 구축하는 법을 연구해야합니다. 이는 수 년의 시간이 소요될 것입니다.
양자 트랜지스터를 개발하려면 1,000개의 물리적 큐비트로 논리 큐비트를 인코딩할 수 있다는 것을 증명해야 합니다. 이러한 물리적 큐비트는 양자 오류 보정을 사용해 함께 작용하며 긴 수명의 거의 완벽한 큐비트, 즉 전력 공급이 중단될 때까지 일관성을 유지하는 영구 큐비트를 형성해 양자 컴퓨터의 디지털 시대를 열어 줄 것 입니다. 이 목표 역시 수년 간의 공동 개발이 소요될 것이라고 예상됩니다.
위의 단계까지 도달하기 위해서는 오류 보정에 사용되는 물리적 큐비트의 수가 많으면 많을수록 오류를 줄일 수 있다는 것을 증명해야 하는데, 이는 물리적 큐비트의 오류 발생 가능성이 높기 때문에 매우 중요한 단계입니다. 구글은 현재 퀀텀 AI 캠퍼스에서 이에 대한 연구를 진행하고 있습니다.
이미 구글은 기존의 컴퓨터의 한계를 넘어 연산 수행이 가능한 양자 컴퓨터를 가동 중에 있습니다. 구글은 유용한 오류 보정 양자 컴퓨터 개발을 위한 여정을 계속하고 인류에게 자연의 원리에 맞춰진 전혀 새로운 도구를 제공하기 위해 컴퓨팅의 미래를 함께 발명 할 놀라운 팀을 바로 지금, 구글 퀀텀 AI 캠퍼스에서 꾸려나가고 있습니다.
작성자: 에릭 루체로(Erik Lucero), 구글 퀀텀 AI 리드 엔지니어
