[뉴스줌인] 양자컴퓨터의 성능지표, ‘양자 볼륨’

[IT동아 김영우 기자] IT동아 편집부에는 하루에만 수십 건을 넘는 보도자료가 온다. 대부분 새로운 제품, 혹은 서비스 출시 관련 소식이다. IT동아는 이 중에 독자들에게 도움이 될 만한 것 몇 개를 추려 기사화를 한다. 다만, 기업에서 보내준 보도자료 원문에는 전문 용어, 혹은 해당기업에서만 쓰는 독자적인 용어가 다수 포함되기 마련이다. 이런 용어에 익숙하지 않은 독자를 위해 IT동아는 보도자료를 해설하는 기획기사인 '뉴스 줌인'을 준비했다.

출처: 한국IBM(2020년 9월 8일)
제목: IBM, 사상 최대 양자 볼륨 제공으로 IBM 클라우드 통해 사용 가능한 양자컴퓨터의 컴퓨팅 성능 증가

요약: IBM이 자사의 양자컴퓨터 시스템이 IBM 역사상 가장 높은 양자 볼륨(Quantum Volume)을 달성했다고 밝혔다. IBM은 64 양자 볼륨을 달성하기 위해 최신 27 큐비트 클라이언트 구축 시스템 중 하나를 업그레이드했다. IBM은 지난 4 년 동안 IBM 퀀텀 익스피리언스(Quantum Experience)를 통해 총 28 개의 양자 컴퓨터를 사용할 수 있도록 해왔다. 이를 달성하기 위해 IBM은 양자 볼륨 회로를 최적화했으며 이 기술들은 IBM 클라우드 소프트웨어 서비스 및 교차 플랫폼 오픈 소스 SDK (Software Development Kit)인 ‘키스킷(Qiskit)’의 향후 공개될 버전 및 개선 사항에서 제공될 수 있을 것이라고 밝혔다.

해설: 양자컴퓨터(Quantum Computer)는 트랜지스터 기반의 기존 컴퓨터와 개념부터 다르다. 0과 1만을 인식할 수 있는 기존 컴퓨터는 0과 1로 구성된 비트 단위의 반복 및 조합을 통해 작업을 처리한다. 하지만 양자컴퓨터에서 0과 1의 상태를 동시에 가질 수 있는 큐비트 단위를 이용하며 얽힘과 중첩 현상을 비롯한 양자역학 현상을 통해 계산을 수행한다. 기존 컴퓨터에서 수많은 비트의 조합 및 반복에 의해 처리해야 했던 과정이라도 양자컴퓨터는 큐비트의 특성을 이용해 동시 다발적으로 단숨에 처리가 가능하다. 기존의 슈퍼 컴퓨터로 몇 년이 걸리던 암호 해제 작업도 양자컴퓨터에선 불과 수 초만에 해결이 가능하다.

다만 현실적으로 양자컴퓨터를 만들어 실용화하는 데는 어려움이 많다. 양자컴퓨터용 프로세서를 만들기 위해서는 현대 기술을 총동원한 초전도체를 이용해야 하며, 이를 안정적으로 운용하기 위해서는 극저온 및 진공상태도 요구된다. 개발 뿐 아니라 관리에도 막대한 비용이 소요된다는 의미다. IBM은 이러한 양자컴퓨터의 개발에 적극적인 기업 중 하나로, 자사의 클라우드에 양자컴퓨터를 적용해 IBM 퀀텀 익스피리언스(Quantum Experience)라는 이름으로 일부 서비스를 시범 운용하고 있다.

당초 양자컴퓨터 업계에서는 큐빗 수 자체를 시스템 성능의 지표로 사용하는 경우가 많았다 하지만 양자컴퓨터의 성능은 큐빗의 수 외에도 연결 구조나 측정 오류의 정도 등의 복합적인 요소를 고려해야한다. 이러한 전반적인 효용성을 고려해 실질적인 양자컴퓨터의 성능 기준으로서 IBM이 제안한 것이 바로 양자 볼륨(Quantum Volume)이다. 양자 볼륨은 회로의 길이와 복잡성을 측정하는데, 양자 볼륨이 높을수록 더 효율적이고 실질적인 문제 해결에 도움이 된다고 IBM은 강조하고 있다.

양자컴퓨터는 아직도 개발 초기단계이며, 본격적으로 상용화가 된다 해도 기존의 컴퓨터를 완전히 대체할 수 있을지는 장담할 수 없다. 하드웨어의 개선과 더불어 소프트웨어 및 알고리즘 안정화 역시 아직은 갈 길이 멀기 때문이다.

글 / IT동아 김영우(pengo@itdonga.com)