양자 컴퓨터_4개 미국 기업

미국은 2018년 12월 '양자연구집중지원법'을 통과시킴으로써 양자 컴퓨터 개발에 많은 노력을 기울이고 있습니다. 양자 컴퓨터 개발은 Microsoft, Google, IBM 등 미국의 거대 IT기업들이 기술 개발에 전력을 쏟고 있습니다. 미국 기업들 중에서 양자 컴퓨터 기술 개발에 있어서 IBM과 Google은 서로 선두 자리를 놓고 각축전을 벌이고 있습니다. 다음은 미국의 양자 컴퓨터 기업들의 현재 기술 개발 정도에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 

1. 마이크로소프트 (Microsoft)
2.구글 (Google)
3. IBM
4. 아이온큐 (IonQ)

1. 마이크로소프트 (Microsoft : MS)

마이크로소프트는 양자 컴퓨터가 회사의 미래라는 생각으로 하드웨어와 소프트웨어 모두에 큰 관심을 기울이며 개발에 주력하고 있습니다. 마이크로소프트는 양자 중첩과 얽힘 현상을 활용해 성능을 끌어올리는 양자 컴퓨팅(Quantum Computing) 시장 진출을 본격화하고 있습니다. 소프트웨어 제작 노하우를 바탕으로 양자 컴퓨팅을 위한 모든 도구와 리소스를 제공해 사용자 편의성을 높여서 제품의 차별성을 꾀하려고 하고 있습니다.

 

마이크로 소프트는 우선 하드웨어는 2005년 세계적인 수학자 마이클 프리드먼(Michael H. Freedman)을 영입, 양자 컴퓨터 개발을 위한 전문 연구소 "Station Q"를 설립하여 범용 양자 컴퓨터 개발을 본격화하였습니다. 개발 방식은 위상 양자 컴퓨터인데 오류에 대한 내성이 높은 구조를 특징으로 하지만 매우 어렵고 아직 초기 단계라 장기적인 연구가 소요된다는 점이 단점으로 알려졌습니다. 

 

퀀텀 컴퓨팅 소프트웨에 개발에도 주력을 하고 있는데 2011년 퀀컴 컴퓨터 소프트웨어 개발 부문인 "Quantum Architecures and Computation Group (QuArc)"를 개설하였습니다. QuArc의 주요 목표는 양자 컴퓨터 개발과 별도로 사회에 도움이 되는 양자 응용 프로그램을 개발하고자 하는 것입니다. 2017년 9월에는 미국 플로리다주 올랜드에서 개최된 연례행사(Ignite Conference)에서 개발자 전용 위상 큐비트(Topological Qubit)와 운영시스템을 공개하였으며 이어 2017년 12월에는 양자컴퓨터 특화 언어인 큐샵 (Q#)이 포함된 양자 개발 키트 베타를 공개하였습니다. 큐샵(Q#)은 마이크로소트의 장점인 전통적인 프로그래밍 개념을 양자 컴퓨팅 분야에 도입할 목적으로 개발된 것입니다. 업계에서는 기존 소프트웨어 시장을 석권했던 MS가 승리 방정식을 양자 컴퓨터 시장에서도 재현하려는 시도라고 분석하고 있습니다. 2019년부터는 깃허브(GitHub)를 통해 Q#과 QDK를 오픈소스로 공개하였습니다. 마이크로소프트는 개발자가 양자 컴퓨팅을 직접 활용할 수 있도록 애저 퀀텀을 사전 서비스로 제공하고 있으며 전세계 대학교와 연구소, 스타트업 등과 글로벌 양자 네트워크를 구축하고 있습니다.

2. 구글 (Google)

 

구글은 2009년에 D-Wave시스템 도입으로 양자컴퓨터 연구를 시작한 이래 2014년 산타바바라 캘리포니아대학의 존 마티니스(John Martinis)박사 영입을 통해 차별화된 연구 개발을 본격적으로 시작하였습니다. 존 마티니스 박사의 주도 아래 구글은 양자 컴퓨터 분야의 후발주자에서 탈피하여 선두 반열에 오르는 기반을 마련하였습니다. 구글의 양자 컴퓨터 개발 방식은 아날로그 방식에 독자적으로 개발한 디지털 기술을 통합한 하이브리드 방식이란 점이 특징이고 이를 통해 아날로그 방식인 단열 양자컴퓨터 기술을 디지털 방식으로 보완하였습니다. 

 

구글은 2019년 슈퍼컴퓨터로 1만년이 걸리는 연산을 200초 만에 해내는 54큐비트(qubit : 양자컴퓨터 연산 단위) 성능의 시카모어 프로세서를 선보였습니다. 현존 가장 뛰어나다는 슈퍼컴퓨터를 양자컴퓨터가 뛰어넘은 이른바 양자 우월성 단계에 도달하였다는데 큰 의미가 있습니다. 구글은 2019년 세계 최초로 슈퍼컴퓨터조차 풀기 어려운 문제를 자사의 54-큐비트 시커모어 양자 프로세서를 이용해 문제를 해결하였습니다.  양자컴퓨터가 제대로 상용화되기 위해서는 많은 큐비트를 확보하는 것이 중요합니다. 양자 컴퓨터가 현존하는 슈퍼컴퓨터를 뛰어넘으려면 50 이상의 큐비트를 상정하는 난제를 풀려면 100 이상 큐비트를 확보해야 합니다. 

 

현재 구글의 큐비트수는 53개로 큐비트가 50개를 넘어서면 양자컴퓨터의 능력이 현재 디지털컴퓨터 중에서 가장 뛰어난 슈퍼컴퓨터의 메모리 수준을 넘어서는 것이며 큐비트수가 60개가 되면 슈퍼컴퓨터보다 성능이 1000배 이상 커지는 것이라 전하고 있습니다.

 

사이버 보안 회사인 딥와치의 마리사 리드 우드는 "오늘날의 유비쿼터스 RSA 암호화 알고리즘의 경우에 기존 컴퓨터는 2,048비트 디지털 키로 보호되는 통신을 중단하는데 약 300조 년이 걸리지만 4,099 큐비트로 구동되는 양자 컴퓨터는 10초면 충분하다고 성능에 대한 차이를 표하고 있습니다. 

 

3. IBM

IBM은 양자 컴퓨터의 정보처리 단위인 큐비트를 100개이상 탑재한 세계 최대 초전도 양자컴퓨터를 2021년 11월 16일 공개하였습니다. IBM의 양자 연구를 발표하는 IBM퀀텀 서밋에서 큐비트 수를 127개로 늘린 새 정보처리장치 '이글(Eagle)'을 공개하였습니다. IBM의 다리오 힐 수석 부사장은 '양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터를 능가해 유용한 응용 프로그램을 수행할 수 있는 중요한 단계로 양자 우월성에 다가가고 있다고 전했습니다. 

 

IBM은 이러한 신제품 발표는 양자우월성에 대한 기대를 한층 높이고 있습니다. 큐비트의 수가 50개를 넘어가면 슈퍼컴퓨터의 성능을 뛰어넘는 것으로 보고 있는데 IBM은 2019년 27 큐비트의 팰컨, 2020년에는 65 큐비트의 허밍버드에 이어 매년마다 큐비트 수를 급격하게 늘려가고 있습니다. 2022년에는 큐비트를 433개로 느린 '오스프리', 2023년에는 1121개의 큐비트로 구성하는 '콘도르' 개발을 예고하고 있습니다. 

 

큐비트 수를 100개이상 늘리려면 큐비트 사이를 회로로 연결하는 기술이 필수적입니다. IBM은 큐비트를 2차 원상에 배치하면서 연결 회로는 3차원으로 적층하는 신기술을 활용해 문제를 해결하고 있습니다. 

4. IonQ

IonQ는 2025년 양자 컴퓨터 상용화를 목표로 2024년 40큐비트, 2025년 72큐비트, 2028년 1,000큐비트 달성을 목표로 하고 있습니다.  IonQ는 크리크 토퍼 먼로와 함께 공동 창어자인 김 정상 교수 겸 연구자를 기반으로 미래 성장성이 높은 회사로 알려져 있습니다. IonQ는 입증된 혁신 및 배포 실적을 보유한 양자 컴퓨팅 분야의 리더입니다. IonQ의 차세대 양자 컴퓨터는 세계에서 가장 강력한 갇힌 이온 양자 컴퓨터이며 IonQ는 확장을 위한 최선의 길이라고 생각하는 것을 정의하였습니다. IonQ는 Amazon Braket, Microsoft Azure 및 Google Cloud의 클라우드와 직접 API 액세스를 통해 사용할 수 있는 양자 시스템을 보유한 유일한 회사로 알려져 있습니다. 

 

양자 컴퓨터 개발 방식은 IBM, 마이크로소프트, 인텔, 삼성전자등 각자 독특한 방식으로 양자 컴퓨터 개발을 하고 있습니다. 양자 컴퓨터는 초전도 큐비트(IBM, 구글), 이온트랩(아이온큐), 반도체 양자점(인텔) 등의 방식으로 나뉘고 있습니다. 이 가운데 아이온큐의 이온 트랩 방식이 양자 컴퓨팅 기술에 있어서 가장 뛰어난 기술로 평가받고 있습니다. 이온 트랩 방식은 물질의 원자를 전기적 성질을 가진 이온으로 만든 뒤 빛과 자기장으로 조절합니다. 다른 양자 컴퓨터가 극저온 상태에서 동작하는 것과 달리 상온에서도 가능합니다. 또 초전도 큐비트 방식보다 계산 결과가 더 정확한 것으로 알려져 있습니다.