IBM은 13일 대규모 양자 컴퓨터 실용화를 위한 로드맵을 발표했다.

이 로드맵은 최대 수십만 큐비트의 IBM 양자 시스템을 만들어낼 수 있는 새로운 모듈식 아키텍처와 네트워킹에 관한 상세한 계획을 포함하고 있다. IBM은 앞으로 나올 대규모 큐비트의 양자 컴퓨터가 양자 컴퓨터 실용화에 필요한 속도와 품질을 제공할 수 있도록 지능형 소프트웨어를 통해 워크로드를 효율적으로 배분하고 인프라 문제를 해결한다는 방침이다.

양자 컴퓨터 실용화 시대를 맞이하기 위해 IBM은 세 가지 부문에 노력을 집중하고 있다. 확장 가능한 양자 하드웨어, 다루기 쉽고, 강력한 양자 프로그램들을 개발하고 조율하기 위한 첨단 양자 소프트웨어, 양자에 준비된 조직 및 커뮤니티로 구성된 광범위한 글로벌 생태계가 바로 그것이다.

다리오 길(Dario Gil) IBM 수석 부사장 겸 연구소장은 “우리는 단 2년 만에 기존 양자 로드맵을 놀랄 만큼 발전시켰고, 비전을 실행해 나가면서 양자의 미래와 양자 컴퓨터 실용화 시대를 위해 무엇이 필요한지를 명확하게 파악할 수 있었다”며 “로드맵에서 소개된 하드웨어, 소프트웨어의 발전과 퀴스킷 런타임(Qiskit Runtime) 플랫폼을 통해 개발자 커뮤니티와 파트너, 고객들을 크고 강력한 컴퓨팅 공간을 열어 줄 양자 중심 슈퍼컴퓨터의 시대로 인도하고자 한다”고 말했다.

IBM은 2020년 양자 로드맵을 처음 발표한 이후, 타임라인 상의 목표를 달성해왔다. 기존 컴퓨터에서는 정확하게 시뮬레이션할 수 없는 양자 회로를 보유한 127큐비트 프로세서 ‘IBM 이글(Eagle)’이 여기에 포함된다. 또한, IBM은 컨테이너 방식의 퀀텀 컴퓨팅 서비스와 프로그램 모델인 퀴스킷 런타임을 통해 분자 시뮬레이션 속도를 2017년 대비 120배 향상했다. 올해 후반 IBM은 로드맵에 따라 433큐비트 프로세서인 ‘IBM 오스프리(Osprey)’를 발표할 것으로 예상했다.

2023년에 IBM은 핵심 양자 소프트웨어 스택에 서버리스 접근법을 도입하고 개발자에게 향상된 단순성과 유연성을 제공하기 위해 클라우드에서 바로 구축된 퀴스킷 런타임과 워크플로우를 사용해 기존 방식과 마찰 없는 개발 경험을 제공하려는 목표를 계속 추진할 예정이다. 이 서버리스 접근 방식은 양자 및 기존 컴퓨팅 시스템 전반에 걸친 문제를 지능적이고 효율적으로 분산하는데 중요한 단계가 될 것이다. 하드웨어의 경우, IBM은 세계 최초의 1000큐비트 이상의 범용 양자 프로세서인 ‘IBM 콘도르(Condor)’를 발표할 계획이다.

모듈식 양자 컴퓨팅 도입

새로운 로드맵에 따르면, IBM은 양자 프로세서의 확장성을 위해 세 가지 방식을 취할 예정이다. △첫 번째는 여러 개의 프로세서가 전통적인 방식으로 통신하고 병렬로 동작하는 기능을 구축하는 것이다. △두 번째는 칩 수준의 단거리 연결 장치(coupler)를 배치하는 것이다. 이러한 장치는 여러 칩을 긴밀하게 연결함으로써 더 큰 단일 프로세서를 만들고, 확장에 필수적인 모듈성을 제공할 것이다. △세 번째 요소는 양자 프로세서 간에 양자 통신 링크를 제공하는 것이다. 이를 위해 IBM은 클러스터를 함께 연결해 더 큰 양자 시스템을 구현하기 위한 양자 통신 링크를 제안했다.

IBM은 이 세 가지 기법을 모두 활용해 2025년까지 모듈식으로 확장된 프로세서로 만든 여러 개의 클러스터를 연결해 4000큐비트 이상의 프로세서를 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 더 자세한 내용은 블로그에서 확인할 수 있다.

양자 중심 슈퍼컴퓨터의 기반 구축

IBM의 로드맵은 하드웨어 혁신과 더불어, 오류 억제 및 완화를 포함한 소프트웨어 발전에 대한 이정표도 포함하고 있다. 올해 초 IBM은 알고리즘에 사용되는 일반적인 양자 하드웨어 쿼리를 사용하기 쉬운 인터페이스로 압축하는 퀴스킷 런타임 프리머티브(Qiskit Runtime Primitive)를 출시했다.

이 프리머티브는 개발자가 유연한 양자 및 기존 컴퓨터 자원을 쉽게 활용할 수 있도록 2023년에 핵심 소프트웨어 스택에 퀀텀 서버리스(Quantum Serverless)를 제공하고자 하는 IBM의 목표를 지원할 것이다. 로드맵에 따르면, 퀀텀 서버리스는 탄력적인 기존 컴퓨터와 양자 컴퓨터 자원 사이에서 지능적으로 전환하고 균형을 맞추기 위한 IBM 소프트웨어 스택 내 핵심 기능을 위한 토대를 마련해 양자 중심 슈퍼컴퓨터의 기반을 구축할 것이다.

IBM의 새로운 양자 시스템은 IBM 퀀텀 시스템 투(Quantum System Two) 안에서 작동하도록 설계될 것이다. IBM 퀀텀 시스템 투는 기술 스택의 모든 계층에 모듈성과 유연성을 불어넣어 여러 개의 양자 프로세서를 성공적으로 연결하는 데 필요한 인프라를 제공할 것이다. 이 시스템의 프로토타입은 2023년에 가동하는 것을 목표로 하고 있다.

IBM 퀀텀 세이프(양자 보안)

IBM은 13일 발표에서 사이버 복원력을 한 차원 높여 양자 컴퓨팅의 발전에 따라 함께 진화할 수 있는 미래의 위협으로부터 데이터를 보호하겠다는 의지를 밝혔다. 양자 보안 기술을 사용해 보호되지 않는 과거·현재·미래의 모든 데이터는 언젠가 위험에 처할 수 있다. IBM은 이를 위해 미국 국립 표준 기술 연구소(NIST)뿐만 아니라 학계 및 산업 파트너들과 긴밀히 협력하고 있다.