‘양자 컴퓨팅’은 원자보다 작은 수준에서 물질의 양자 특성을 활용하여 컴퓨팅 성능을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대를 받고 있다. IBM은 최근 기존 컴퓨터의 성능을 뛰어넘는 양자 컴퓨팅을 위한 세부 로드맵을 발표했다. 또한, ‘IBM 퀀텀 서밋 2021(IBM Quantum Summit)’을 통해 새로운 양자 프로세서를 발표하는 한편, 차세대 양자 시스템에 관한 계획도 소개했다.

IBM이 양자 컴퓨팅 하드웨어의 성능을 측정하는 기준은 양자의 크기, 품질, 속도이다. 이 가운데 양자의 크기는 양자 프로세서의 큐비트 수로 측정되며 실행할 수 있는 양자 회로의 크기를 결정한다. IBM은 지난 2019년 27큐비트의 ‘팔콘(Falcon)’ 프로세서, 2020년 65큐비트의 ‘허밍버드(Hummingbird)’ 프로세서를 소개한 바 있다. 이번에 발표된 ‘이글(Eagle)’ 프로세서는 100개 이상의 연결된 가용 큐비트를 가진 양자 프로세서이다.

IBM 연구팀은 오류를 줄인 큐비트 배열 디자인이나 필수 구성 요소의 수를 줄인 아키텍처 등 그간 양자 프로세서를 연구하면서 확보한 기술을 기반으로 이글 프로세서를 설계했다. 이글 프로세서에 활용된 새로운 기술은 큐비트를 단일 레이어 상에 유지하면서 프로세서 내의 여러 물리적 레벨에 배치된 배선을 제어함으로써, 큐비트 수를 크게 늘릴 수 있었다.

큐비트 수가 증가하면 사용자는 새로운 물질 분자의 모델링이나 머신러닝 최적화처럼 높은 수준의 복잡한 문제를 탐구하기 위한 실험이나 애플리케이션 실행이 가능해진다. IBM은 “이글은 전통적인 컴퓨터로는 완벽히 구현할 수 없는 성능을 제공하는 양자 상태를 가진 IBM 최초의 양자 프로세서”라고 소개했다. 최초의 이글 프로세서는 IBM 퀀텀 네트워크(IBM Quantum Network)의 일부 회원사를 대상으로 IBM 클라우드상의 시범 시스템을 통해 제공된다.

한편, IBM은 향후 개발되는 양자 프로세서를 탑재할 차세대 양자 시스템인 ‘IBM 퀀텀 시스템 투 (IBM Quantum System Two)’도 소개했다. IBM 퀀텀 시스템 투는 IBM이 향후에 발표할 433큐비트 및 1121큐비트 프로세서로 작동하도록 설계되었다. 이 시스템은 모듈화 구조를 갖추고, 고성능의 양자 프로세서를 개발하면서 이를 제어하기 위한 하드웨어가 유연성과 확장성을 가질 수 있도록 했다.

IBM 퀀텀 시스템 투는 확장 가능한 차세대 큐비트 제어용 전자 장치를 고집적 극저온 부품과 통합하고 케이블로 연결하게 된다. 또한, IBM 퀀텀 시스템 투는 블루포스(BlueFors)와 함께 설계한 새로운 극저온 플랫폼을 선보이는데, 이는 대형 프로세서에 필요한 지원 하드웨어 공간을 극대화하는 동시에 엔지니어가 쉽게 하드웨어에 접근하여 다룰 수 있도록 설계됐다. 여러 개의 퀀텀 시스템을 연결해 다중 양자 프로세서를 활용할 수 있도록 한 것도 특징이다. IBM 퀀텀 시스템 투의 프로토타입은 2023년 가동될 예정이다.

IBM은 지난 2019년 첫 번째 통합 양자 컴퓨팅 시스템인 ‘IBM 퀀텀 시스템 원(One)’을 공개했다. 이후 IBM은 이 시스템을 미국, 독일, 일본 등의 대학교와 연구기관에 배치해 왔다. 또한, 최근 연세대학교와 파트너십을 맺고 국내에도 IBM 퀀텀 시스템을 설치할 계획이다.

IBM의 리서치 수장인 다리오 길(Dario Gil) 수석 부사장은 “양자 컴퓨팅은 거의 모든 분야를 변화시킬 수 있는 힘을 가지고 있으므로, 우리 시대의 가장 큰 난제를 해결하는 데 도움이 될 것”이라면서, “IBM은 양자 하드웨어와 소프트웨어 디자인을 빠르게 발전시키고, 양자 컴퓨팅과 일반 컴퓨팅의 워크로드가 서로 보완할 수 있는 방법을 구축하며, 양자 산업의 성장에 반드시 필요한 글로벌 에코시스템을 조성하고자 지속적으로 노력하고 있다”고 전했다.