[더테크 이승수 기자] IBM은 일본의 국립 연구기관인 이화학연구소(RIKEN)와 함께 미국 외 지역 최초로 IBM 퀀텀 시스템 투(IBM Quantum System Two)를 설치, 가동했다고 24일 밝혔다.

이 시스템은 전세계의 강력한 슈퍼컴퓨터 중 하나인 일본의 후가쿠와 함께 배치된 첫 양자컴퓨터라는 점에서 의미가 크다. 이번 프로젝트는 일본 경제산업성(METI) 산하의 신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)가 추진하는 “양자 및 슈퍼컴퓨터 통합 활용 기술 개발”의 일환으로 진행됐다.

IBM 퀀텀 시스템 투는 IBM의 최신 156 큐비트 양자 프로세서인 IBM 퀀텀 헤론을 탑재하고 있다. 헤론은 이전 세대의 127 큐비트 IBM 퀀텀 이글(Eagle)과 비교해 성능이 크게 향상됐다. 2 큐비트 에러율로 측정되는 성능은 3x10⁻³(최저 오류율 1x10⁻³)로 이글에 비해 10배 개선되었으며, 회로 레이어 작업 속도는 초당 25만 회를 기록하며 이 역시 10배 향상됐다.

156 큐비트 규모의 헤론은 현재 세계에서 가장 뛰어난 성능을 자랑하는 양자 프로세서로 평가받고 있다. 이 프로세서는 기존 고전 컴퓨터로는 불가능했던 양자 회로 실행이 가능하며, 후가쿠와 연결해 양자 중심 슈퍼컴퓨팅 연구를 더욱 진전시킬 수 있다. 특히 화학 분야의 근본적인 문제를 해결하기 위한 첨단 알고리즘 개발에 있어 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

IBM 퀀텀 시스템 투는 일본의 대표적인 고성능 컴퓨팅(HPC) 센터인 RIKEN 계산과학연구센터(R-CCS) 내에서 후가쿠 슈퍼컴퓨터와 함께 구축됐다. 두 시스템은 명령어 수준에서 고속 네트워크로 긴밀히 연결되어, 양자 중심 슈퍼컴퓨팅을 위한 실험 환경을 조성하고 있다.

이러한 깊이 있는 통합을 통해 RIKEN과 IBM의 엔지니어들은 병렬화된 작업 부하, 지연 시간이 적은 고전-양자 통신 프로토콜, 고급 컴파일 기술 및 라이브러리 개발 등을 함께 진행하고 있다. 양자 컴퓨팅과 고전 컴퓨팅이 서로 다른 계산적 강점을 지니고 있기 때문에, 이와 같은 연계는 각 시스템이 가장 적합한 연산을 자연스럽게 분담하여 처리할 수 있게 한다.

RIKEN의 IBM 퀀텀 시스템 투 도입은 RIKEN과 IBM 연구진이 양자 우위를 제공하는 알고리즘을 개발하는 데 있어 기존 성과를 한 단계 더 발전시키는 계기가 될 전망이다. 양자 우위란 양자 컴퓨터가 기존의 고전적 방법보다 더 빠르고, 비용 효율적이며, 정확하게 문제를 해결할 수 있는 지점을 뜻한다.

이는 최근 “사이언스 어드밴시스” 표지에 실린 샘플 기반 양자 대각화(SQD) 기술을 통해 철황화물과 같은 복잡한 화합물의 전자 구조를 정확히 모델링하는 데 성공한 연구도 포함한다. 철황화물은 자연과 생명체에서 흔히 발견되는 화합물로, 이를 현실적으로 모델링하는 능력은 화학 연구에서 매우 중요하다. 과거에는 이러한 작업이 오류 내성이 있는 양자 컴퓨터가 필요하다고 여겨졌으나, SQD 워크플로우는 오늘날의 양자 컴퓨터와 강력한 고전적 인프라를 결합해 과학적 가치를 창출할 수 있음을 보여주는 사례로 평가받는다.