GN⁺: Microsoft, 퀀텀 프로세서 'Majorana 1' 공개
(azure.microsoft.com)- 위상 큐비트(topological qubits)로 구동되는 세계 최초의 양자 프로세서인 Majorana 1을 공개
- Microsoft는 topoconductor라는 혁신적 물질을 이용해 Majorana 1을 개발함
- 이는 실용적 양자 컴퓨팅으로 도약하는 데 중요한 전환점임
- 양자 컴퓨터가 과학과 사회 전반에 변혁을 가져오기 위해서는 대규모 확장과 양자 오류 정정의 신뢰성이 필수임
- 오늘 발표된 내용은 이를 빠르게 실현하기 위한 핵심 진전
- Majorana 1: 토폴로지적 코어를 탑재한 세계 최초 QPU. 단일 칩에 최대 백만 개의 큐비트로 확장 가능함
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A hardware-protected topological qubit:
- Nature 논문과 Station Q 미팅에서 연구 결과 공개
- 작은 크기, 빠른 속도, 디지털 기반 제어가 특징임
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안정적 양자 연산을 위한 장치 로드맵:
- 단일 큐비트 장치에서 시작해 양자 오류 정정이 가능한 어레이로 확대해 나가는 경로임
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세계 최초의 결함 내성 프로토타입(fault-tolerant prototype, FTP) 구축:
- DARPA US2QC 프로그램 최종 단계를 통해, 수년 내 확장 가능한 양자 컴퓨터 프로토타입을 완성하려는 목표를 가지고 있음
새로운 종류의 물질 활용
- Microsoft가 topoconductor라는 혁신적 물질을 개발해냄
- 이 물질은 인듐 아세나이드(Indium Arsenide, 반도체)와 알루미늄(Aluminum, 초전도체)을 결합해 토폴로지적 초전도 상태를 구현함
- 온도를 극저온으로 낮추고 자기장을 조절하면, 나노 와이어 끝에 Majorana Zero Modes(MZMs) 를 형성할 수 있음
- 전자들이 짝을 이루지 않은 상태로 분산되어 양자 정보를 저장하는 특성을 이용함
- 이런 구조에서 양자 정보를 읽어내는 방법이 까다로웠지만, 양자 닷(quantum dot) 을 활용해 이를 해결함
- 양자 닷을 통해 전하량 변화를 측정하고, 그 반사율 변화를 관측해 나노 와이어의 짝수/홀수(=페어리티) 상태를 파악함
- 초기 측정 시 1% 정도의 오차율이 있었고, 이를 낮출 수 있는 명확한 경로가 확인됨
- 외부 에너지(전자파 등)가 쌍을 깨뜨릴 가능성이 있지만, 밀리초 단위로 드물게 발생함이 확인됨
- 결국, 이 독특한 물질은 양자 정보 보호에 유리하며, 이를 측정하는 안정적 방식도 구축됐음
디지털 정밀도를 통한 양자 제어 혁신
- 측정 기반의 연산 방식을 채택해, 기존의 아날로그 제어 의존도를 낮추는 전략임
- 기존 방식은 각 큐비트를 회전시키기 위해 복잡하고 정밀한 신호가 필요함
- 반면 Microsoft의 측정 기반 방식은 간단한 디지털 펄스를 통해 양자 상태를 읽고 연산을 수행함
- 이는 양자 오류 정정(QEC) 과정을 단순화해, 다수의 큐비트를 동시에 관리하기 훨씬 수월해짐
물리에서 공학으로
- Microsoft는 단일 큐비트 장치인 테트론(tetron) 을 기반으로 확장 가능한 아키텍처를 제시함
- 테트론은 서로 평행한 두 개의 토폴로지적 와이어와, 이를 연결하는 초전도 구조로 이루어짐
- 각 와이어 양 끝에 MZM이 존재해, 네 개의 MZM으로 하나의 테트론을 구성함
- 연구팀은 이미 테트론 내 단일 나노 와이어의 페어리티를 측정하고, 다른 양자 닷을 활용한 슈퍼포지션 실험도 진행함
- 다음 단계로 4×2 테트론 배열을 구성해 다큐비트 환경을 시험하고, 궁극적으로 양자 오류 정정으로 이어지는 로드맵을 수립함
- 토폴로지적 큐비트의 내재적 보호 특성과, Microsoft의 맞춤형 오류 정정 코드가 결합해 필요한 물리적 큐비트 수와 동작 클록을 크게 최적화할 수 있음
DARPA가 인정한 접근 방식
- DARPA의 Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing(US2QC) 프로그램에서 Microsoft는 최종 단계에 진입함
- 이는 Microsoft가 토폴로지적 큐비트 기반 양자 컴퓨터를 구축할 수 있다는 계획이 신뢰할 만하다고 판단된 결과임
- 최종 단계에서 Microsoft는 단 몇 년 안에 fault-tolerant prototype(FTP) 을 완성해, 실용적 규모의 양자 컴퓨팅으로 가는 속도를 앞당길 계획임
- 이 프로토타입이 완성되면, 기존 슈퍼컴퓨터로는 풀기 어려운 문제들을 양자적으로 해결할 수 있는 중요한 전환점이 될 것임
양자 컴퓨팅의 잠재력 실현
- 18개월 전 Microsoft가 제시한 양자 슈퍼컴퓨터 로드맵에서 현재 두 번째 이정표에 도달함
- 첫 번째는 토폴로지적 큐비트에 대한 개념 증명
- 두 번째는 실제 장치에서 topological qubit을 구현해낸 것임
- 이미 한 칩에 여덟 개의 토폴로지적 큐비트를 배치했고, 이 시스템이 백만 개 큐비트로 확장될 잠재력을 갖춤
- 대형 양자 컴퓨터는 새로운 물질의 설계나 분자 시뮬레이션 등, 기존 슈퍼컴퓨터가 해결하기 어려운 문제를 풀 수 있을 것으로 기대됨
- DARPA와의 협업을 통해 Microsoft는 실용적 양자 컴퓨팅을 앞당길 것이며, 앞으로의 진전 사항을 계속 공유할 계획임
비유적 설명에서 특정 점에서 양자현상을 관측하던 기존 방식이 아닌 특정 선에서 양자현상을 관측하면서 에러에 대한 저항력이 커지고 이것저것 편해지는게 많다는 모양입니다.
어찌되었던 Science 영역의 문제를 Engineering 영역의 문제로 끌고온건지라 예전에 인텔이 매년 두배씩 성능을 끌어올린것처럼 지수적인 성능향상 기대가 가능하지 않을까 합니다.
물론 지금이 양자컴퓨터의 에니악 시대인지 인텔 386 시대인지는 아직 미지입니다.