IBM, Starling 공개: 내결함성 양자 컴퓨팅 로드맵

by 해롤드 프리츠 on 2025년 6월 20일

기업

IBM은 세계 최초의 대규모 내결함성 양자 컴퓨터를 개발하겠다는 야심 찬 비전을 발표하며 실용적이고 확장 가능한 양자 컴퓨팅을 향한 중요한 발걸음을 내디뎠습니다. 이번 발표와 함께 공개된 IBM의 최신 로드맵은 오랫동안 양자 시스템을 실험적이고 소규모 응용 분야에만 국한시켜 온 기술적 장벽을 극복하기 위한 명확한 방향을 제시합니다.

IBM Quantum Starling: 컴퓨팅 성능의 도약

IBM 전략의 핵심은 2029년 출시 예정인 IBM 퀀텀 스타링(IBM Quantum Starling)입니다. 이 양자 컴퓨터는 뉴욕주 포킵시에 위치한 새로운 IBM 퀀텀 데이터 센터에 배치될 예정이며, 현재 양자 컴퓨터보다 20,000만 배 더 많은 연산을 수행할 것으로 예상됩니다. 스타링의 연산 상태는 매우 방대하여 이를 표현하려면 세계에서 가장 강력한 슈퍼컴퓨터 10^48(quindecillion, XNUMX의 XNUMX승) 대를 합친 것보다 더 많은 메모리가 필요합니다. 이러한 도약을 통해 사용자는 현재 양자 시스템의 한계를 훨씬 뛰어넘는 양자 상태와 연산 복잡성을 탐구할 수 있게 될 것입니다.

IBM의 전 세계 양자 컴퓨터 제품군은 이미 업계를 선도하고 있습니다. 하지만 새로운 로드맵은 실제 비즈니스 및 과학적 과제를 해결할 수 있는 실용적이고 내결함성 있는 양자 컴퓨터의 토대를 마련합니다. IBM의 회장 겸 CEO인 아빈드 크리슈나는 회사의 발전이 수학, 물리학, 공학 분야의 심층적인 전문 지식에 뿌리를 두고 있으며, 이 모든 전문성은 의미 있는 문제를 해결하고 새로운 사업 기회를 창출할 수 있는 양자 컴퓨터를 개발하는 데 집중되어 있다고 강조했습니다.

내결함성 양자 컴퓨팅의 약속

수백 또는 수천 개의 논리 큐비트를 갖춘 대규모 내결함성 양자 컴퓨터는 수억에서 수십억 건의 연산을 수행할 수 있습니다. 이러한 능력은 신약 개발, 재료 과학, 화학, 그리고 복잡한 최적화와 같은 분야에서 시간 및 비용 효율성을 획기적으로 향상시켜 산업을 혁신할 잠재력을 가지고 있습니다.

IBM Quantum Starling은 100개의 논리 큐비트를 사용하여 200억 개의 양자 연산을 실행하는 최초의 제품이 될 것이며, 이는 1개의 논리 큐비트를 통해 2,000억 개의 연산까지 확장 가능한 차세대 IBM Quantum Blue Jay의 기반을 마련할 것입니다. 오류 정정 양자 컴퓨터의 구성 요소인 논리 큐비트는 양자 정보를 저장하고 오류를 모니터링하는 물리적 큐비트 클러스터로 구성됩니다. 이 아키텍처는 오류를 억제하고 대규모의 안정적인 양자 계산을 구현하는 데 필수적입니다.

IBM 양자 시스템 XNUMX

오류 수정은 기존 시스템만큼이나 양자 컴퓨팅에서도 매우 중요합니다. IBM은 물리적 큐비트를 논리적 큐비트로 그룹화함으로써 오류율을 기하급수적으로 줄여 더욱 복잡하고 오래 실행되는 양자 회로를 구현할 수 있습니다. 문제는 필요한 물리적 리소스를 최소화하면서 논리적 큐비트 수를 늘리는 것입니다. 지금까지 과도한 엔지니어링 오버헤드 없이는 실질적인 해결책을 찾기 어려웠습니다.

확장 가능하고 내결함성이 있는 아키텍처 엔지니어링

대규모 내결함성 양자 컴퓨팅으로 나아가는 길은 오류 정정 코드의 선택과 해당 코드를 효율적으로 확장할 수 있는 시스템의 능력에 달려 있습니다. 기존의 오류 정정 코드는 이론적으로는 효과적이지만, 비현실적으로 많은 수의 물리적 큐비트와 지원 인프라를 필요로 하기 때문에 소규모 시연을 넘어서는 어떤 용도로도 적합하지 않습니다.

IBM의 접근 방식은 다음을 포함한 몇 가지 주요 아키텍처 요구 사항에 따라 정의됩니다.

시스템은 실제 알고리즘의 오류를 억제할 만큼 내결함성이 있어야 합니다.
계산 과정 전반에 걸쳐 논리적 큐비트의 준비, 측정, 조작을 지원해야 합니다.
보편적인 지침은 실시간 디코딩과 적응형 제어를 통해 논리적 큐비트에 적용되어야 합니다.
아키텍처는 수백 또는 수천 개의 논리적 큐비트로 확장할 수 있도록 모듈식이어야 하며, 현실적인 물리적 및 에너지 제약 내에서 작동할 수 있을 만큼 효율적이어야 합니다.

IBM은 이러한 과제를 해결하기 위해 자사의 솔루션을 상세히 설명하는 두 편의 기술 논문을 발표했습니다. 첫 번째 논문에서는 양자 저밀도 패리티 검사(qLDPC) 코드가 명령어 처리 및 연산 실행에 필요한 오버헤드를 획기적으로 줄여 기존 방식보다 필요한 물리적 큐비트 수를 약 90%까지 감소시키는 방법을 설명합니다. 네이처(Nature) 지 표지에 실린 이 획기적인 연구는 qLDPC 방식의 효율성과 확장성을 입증합니다.

두 번째 논문은 기존 컴퓨팅 자원을 사용하여 물리적 큐비트에서 정보를 효율적으로 해독하고 실시간으로 오류를 수정하는 방법을 제시합니다 . 이러한 발전은 IBM의 확장 가능하고 내결함성을 갖춘 양자 아키텍처의 핵심을 이룹니다.

실현을 위한 로드맵: 주요 이정표

IBM의 업데이트된 양자 로드맵은 모듈식, 확장 가능, 오류 수정 양자 컴퓨터를 구축하는 데 있어 특정 과제를 해결하도록 설계된 일련의 기술적 이정표를 개략적으로 설명합니다.

IBM 퀀텀 룬(2025): 이 프로세서는 동일 칩에 있는 큐비트 간 장거리 연결을 가능하게 하는 "C-커플러"를 포함하여 qLDPC 코드의 아키텍처 구성 요소를 테스트합니다.
IBM 퀀텀 쿠카부라(2026): IBM 최초의 모듈형 프로세서인 쿠카부라는 양자 메모리를 논리 연산과 통합하여 단일 칩을 넘어 내결함성 시스템을 확장하기 위한 필수적인 구성 요소를 형성합니다.
IBM 퀀텀 코카투(2027): 이 시스템은 "L-커플러"를 사용하여 두 개의 쿠카부라 모듈을 얽히게 하고, 양자 칩을 더 큰 시스템의 노드로 연결하여 비실용적으로 큰 칩의 필요성을 제거합니다.