IBM이 6월 15일 과학 저널 네이처(Nature) 표지를 장식한 새로운 연구 결과를 발표하며, 양자 컴퓨터가 100큐비트 이상의 규모에서 기존 컴퓨팅 방식을 뛰어 넘는 정확한 결과를 산출할 수 있음을 처음으로 입증했다고 밝혔다.

양자 컴퓨팅의 궁극적인 목표 중 하나는 기존 컴퓨터로는 효율적으로 계산할 수 없는 재료, 물질의 자연적 성질을 모형화하여 계산하고 그 구성 요소들을 시뮬레이션하는 것이다. 이 계산을 할 수 있다는 것은 더 효과적인 비료 개발, 더 나은 배터리 제작, 신약 개발과 같은 과제를 해결하기 위한 중요한 단계다. 

하지만 오늘날의 양자 시스템은 본질적으로 노이즈가 많고, 이로 인해 성능을 저해하는 오류가 상당수 발생한다. 이는 양자 비트 또는 큐비트의 취약한 특성과 주변 환경에서 오는 교란 때문이다.

IBM 연구팀은 이번 실험에서 양자 컴퓨터가 가지고 있는 오류를 이해하고 완화시킴으로써 기존 컴퓨터를 이용한 시뮬레이션을 능가하는 성능을 발휘할 수 있음을 입증했다. 

연구팀은 자기적인 성질을 띈 물질을 모형화 하고, 자기적인 물질을 구성하는 근본 요소인 ‘스핀’의 동역학을 시뮬레이션하기 위해 127개의 초전도 큐비트로 구성된 IBM '이글' 양자 프로세서를 사용해 대규모 ‘얽힘’ 상태를 생성하여 자화(magnetization) 등의 물리적인 특성을 정확하게 계산했다.

이 계산의 정확성을 검증하기 위해 캘리포니아 대학교 버클리의 과학자 팀은 로렌스 버클리 국립연구소의 국립 에너지 연구 과학 컴퓨팅 센터(NERSC)와 퍼듀 대학교에 위치한 첨단 수퍼컴퓨터에서 같은 물질의 시뮬레이션을 함께 진행했다. 물질 모형의 규모가 커짐에 따라, 양자 컴퓨터는 더욱 진화된 첨단 오류 완화 기법을 이용해 지속적으로 정확한 결과를 도출해낸 데 반해, 기존 컴퓨팅 방식은 IBM 퀀텀 시스템과 비교할 수 없을 정도로 성능이 저하됐다.

다리오 길(Darío Gil) IBM 리서치 수석 부사장 겸 총책임자는 "양자 컴퓨터가 기존 접근 방식을 뛰어넘어 자연의 물리 현상을 정확하게 계산한 것은 이번이 처음이다. 이번 성과는 오늘날의 양자 컴퓨터가 기존 시스템에서는 모델링이 매우 어렵거나, 어쩌면 불가능한 문제에 사용할 수 있는 유능하고 과학적인 도구라는 것을 증명하는 중요한 단계이며, 이제 양자 컴퓨팅이 새로운 과학적 활용 시대로 접어들고 있음을 의미한다"라고 말했다.

이번 실험의 세부 사항과 결과에 대한 자세한 내용은 IBM 블로그에서 확인할 수 있다.