[지디넷코리아]IBM이 차세대 양자 프로세서 '나이트호크 r3' 개발 계획을 공개하고 내년 프로세서 두 개를 연결해 1040큐비트 규모의 단일 시스템을 구축한다는 청사진을 제시했다.IBM은 차세대 양자 프로세서 나이트호크 r3의 개발 방향과 양자·고전컴퓨팅 통합 플랫폼 강화 방안을 12일 발표했다. 나이트호크 r3는 520개의 프로그래머블 큐비트에서 1만회의 양자 연산을 정확하게 수행하는 것을 목표로 설계된다.나이트호크 r3는 총 2034개의 물리 큐비트 가운데 520개를 프로그래머블 큐비트로 활용한다. r2의 정사각 격자 연결 구조를 유지하고, 칩 사이를 연결하는 장치인 '엘커플러' 10개를 도입해 여러 프로세서를 연결할 수 있도록 설계된다.IBM은 프로세서 연결에 필요한 기술을 시험하고 있다. 올해 엘커플러 4개로 나이트호크 r1 프로세서를 연결해 양자 상태 전송 충실도 99.3%를 달성했다. 충실도는 양자 상태가 얼마나 정확하게 전달됐는지를 나타내는 지표로, IBM의 목표치는 99.9%다.프로세서를 수용하는 극저온 설비 연결 실험도 진행했다. 극저온 모듈 두 개를 하나의 시스템으로 연결해 5일 이내에 작동 온도에 도달하고, 15밀리켈빈 미만까지 냉각하는 데 성공했다. IBM은 이 같은 연결·냉각 기술을 바탕으로 2027년 나이트호크 r3 두 개를 결합할 예정이다.시스템 확장에 앞서 기존 나이트호크 r2의 활용 성과도 제시했다. 지난 9월 공개된 r2는 120큐비트에서 7500회 이상의 양자 연산을 지원하며, 초당 최대 10만 개의 샘플을 처리한다. 큐비트를 빠르게 초기화해 회로를 반복 실행할 때 발생하는 대기 시간을 줄였다.양자컴퓨터는 회로를 한 번 실행할 때마다 하나의 측정 결과를 얻는다. 복잡한 문제를 풀기 위해서는 회로를 반복 실행해 대량의 샘플을 수집해야 하므로, 연산 정확도와 함께 처리 속도가 중요하다. IBM은 일부 응용 분야에서 필요한 샘플이 수백만~수십억 개에 이른다고 설명했다.IBM에 따르면 에너지 기업 이온(E.ON), 알고리드믹, 큐컨트롤(Q-CTRL) 등 고객과 파트너는 나이트호크 r2에서 340억 개 이상의 회로를 실행했다. 이 과정에서 연산 품질을 유지하면서 기존 IBM 양자 프로세서 대비 최대 19배의 속도 향상을 보고했다.이온은 전력망 최적화를 위한 양자 머신러닝 작업에서 처리 속도를 15배 높였다. IBM도 올해 초 오크리지 국립연구소와 수행한 자성 물질 시뮬레이션을 r2에서 실행해 12배 빠르게 처리했다고 밝혔다.알고리드믹과 진행한 양자 물질 시뮬레이션에서는 기존 헤론 프로세서에서 수행했던 실험보다 회로를 8배 빠르게 실행했다. IBM은 확장된 회로를 고전컴퓨터로 시뮬레이션하는 난도도 높아졌다고 설명했다. 텐서 네트워크 방식으로 비슷한 정확도를 구현하려면 약 240배 많은 메모리가 필요할 것이라는 추산이다.양자 연산을 뒷받침하는 고전컴퓨팅 자원과의 연계도 확대한다. 양자컴퓨터의 연산 규모가 커지면 오류 분석과 결과 후처리 등에 필요한 고전컴퓨팅 작업도 늘어나기 때문이다.IBM 퀀텀 플랫폼은 양자컴퓨터와 고성능컴퓨팅(HPC)을 하나의 관리형 환경에서 활용하도록 지원한다. 사용자는 노트북부터 슈퍼컴퓨터까지 다양한 외부 자원과 플랫폼이 제공하는 고전컴퓨팅 자원을 양자 연산 과정에 연결할 수 있다.IBM과 일본 이화학연구소는 이 환경에서 샘플 기반 양자 대각화(SQD) 작업의 연산량을 기존 연구보다 100배 늘리면서 실행 속도를 약 5배 높였다고 밝혔다. 클리블랜드 클리닉과 이화학연구소는 생물학적으로 중요한 구조를 모델링하기 위해 샘플 6억 800만 개를 자동 처리했다. 작업 자동화를 적용하지 않았을 때보다 33배 빠른 속도를 달성했다는 설명이다.오류 정정 연구를 위한 제어 기능도 강화한다. 연구자가 펄스 수준에서 연산 시점과 큐비트 초기화를 조정하고, 측정 정보를 분석해 오류 탐지·수정 방식을 개선할 수 있도록 지원한다.IBM은 오크리지 국립연구소, AMD와 양자 오류 정정 공동 설계 플랫폼도 구축했다. 나이트호크와 오크리지 국립연구소의 HPC 시스템 '엄브라'를 같은 장소에 배치한 형태다. 엄브라에는 AMD 인스팅트 MI355X GPU와 5세대 에픽 CPU가 탑재됐다.제이 감베타 IBM 리서치 총괄사장은 "유용한 양자컴퓨팅의 핵심은 정확하고 빠르게 결과를 제공할 수 있느냐에 달려 있으며, 두 요소 모두 필수적이다"라고 말했다.
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