양자컴퓨팅의 방대한 에러의 원인이 되는 '노이즈'를 800배 억제하는 차세대 기술을 Microsoft와 Quantinuum이 개발

향후 실용화를 위해 개발이 진행되는 양자컴퓨터는 현시점에서 양자비트의 초기상태 설정에서 출력의 읽기까지의 모든 과정에서 에러가 발생할 가능성이 있어서 할 수 있는 것이 크게 제한되고 있습니다. 2024년 4월 3일, 마이크로소프트와 양자컴퓨팅 기업인 Quantinuum은 “전통적인 물리 양자비트로부터 오류 발생을 800배 억제하는 전례 없는 수준의 신뢰성을 가진 양자컴퓨터 개발에 성공했다"고 보고했습니다.

How Microsoft and Quantinuum achieved reliable quantum computing - Microsoft Azure Quantum Blog
https://cloudblogs.microsoft.com/quantum/2024/04/03/how-microsoft-and-quantinuum-achieved-reliable-quantum-computing/

How Microsoft and Quantinuum achieved reliable quantum computing - Microsoft Azure Quantum Blog

Microsoft and Quantinuum say they’ve ushered in the next era of quantum computing | TechCrunch
https://techcrunch.com/2024/04/03/microsoft-and-quantinuum-say-theyve-ushered-in-the-next-era-of-quantum-computing/

Microsoft and Quantinuum say they've ushered in the next era of quantum computing | TechCrunch

양자컴퓨터에서는 기본적으로 양자비트를 사용하여 정보를 저장하고 처리합니다. 그러나 물리양자비트는 노이즈로 인해 오류가 발생하기 쉽기 때문에
기존의 양자컴퓨터에서는 유용성과 실용성이 크게 제한됩니다. 이러한 오류를 줄이기 위해 고급 기술을 사용하여 여러 물리양자비트를 '논리양자비트'라는 신뢰할 수 있는 가상 양자비트에 결합해야 했습니다.

논리양자비트를 활성화하면 물리양자비트 수를 늘려 더 길고 복잡한 계산을 수행할 수 있는 강력한 양자컴퓨터를 구현할 수 있습니다.

이번 마이크로소프트의 양자비트 가상화 시스템과 Quantinuum의 'H2 이온 트랩 양자비트 프로세서'를 독자적인 양자 하전 결합 디바이스 아키텍처와 조합함으로써 30개의 물리양자비트를 4개의 신뢰성이 높은 논리양자비트에 결합시키는데 성공했습니다. 여러 물리양자비트를 하나의 논리양자비트로 결합하면 시스템을 오류로부터 보호할 수 있습니다. Micorosoft에 의하면 이번 논리양자비트에서는 1만 4000개의 독립한 인스턴스를 1개의 에러 없이 실행할 수 있었다고 합니다.

게다가 이러한 논리양자비트는 100,000회의 실행에 대해 1회밖에 에러를 발생시키지 않았고 에러율이 물리양자비트만을 사용한 기존의 것보다 800분의 1로 억제되었다고 합니다. Quantinuum의 제니퍼 스트라블리 씨에 의하면 이 물리양자비트의 에러발생을 800배 억제했다는 이번 성과는 지금까지에서 가장 낮은 에러율이라고 합니다.

마이크로소프트는 이 결과에 대해 "헤드폰의 노이즈 캔슬링 기능을 활성화하고 음악을 들으면서 환경 노이즈의 대부분을 제거하는 것은 양자비트 가상화 시스템을 적용하는 것과 비슷하다"며 "에러율의 개선은 고품질의 노이즈 캔슬링 헤드폰으로 실현되는 고요함과 유사한 것”이라고 비유했습니다.

한편 연구팀은 "이번 논리양자비트는 어디까지나 개발단계"라며 "기존의 양자컴퓨터를 추월하기 위해서는 개별 회로오류를 수정하고 적어도 두 개의 논리양자비트 사이에 양자얽힘을 생성하는 기능과 마찬가지로 논리양자비트와 물리양자비트 간의 오류율의 간격을 더욱 확대할 필요가 있다"고 보았습니다.

마이크로소프트의 사티아 나델라 CEO는 "이번 성과는 신뢰성 높은 양자컴퓨팅으로 과학적 및 상업적 진보를 실현하기 위한 매우 흥미로운 이정표가 되었다"고 평가했습니다.

Quantinnum의 창업자 겸 최고제품책임자인 이리야스 칸 씨는 “이번 결과는 역사적인 성과이며 Microsoft와의 협업이 얼마나 양자 생태계의 한계를 계속 확대하고 있는지를 훌륭하게 반영하고 있습니다. 세계에서 가장 강력한 양자컴퓨터와 완벽하게 통합된 접근방식과 연계된 Microsoft의 최첨단 오류정정 능력을 통해 양자 애플리케이션이 더욱 진화할 가능성에 대해 매우 기대하고 있습니다. 양자 프로세서로 전환함에 따라 고객과 파트너가 Quantinnum 솔루션에서 많은 혜택을 누리게 될 것”이라고 전망했습니다.