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구글의 Willow 양자칩, 하드웨어에서 검증 가능한 양자 우위를 시연함

 (blog.google)
4P by GN⁺ 13시간전 | ★ favorite | 댓글 1개
  • "양자 컴퓨팅의 실제 응용으로 나아가는 큰 걸음, Google의 ‘Quantum Echoes’ 알고리듬"
  • Quantum Echoes 알고리듬은 Google의 Willow 양자 칩에서 동작하며, 세계 최초로 검증 가능한(Verifiable) 양자 우위를 실현한 사례로 발표됨
  • 이 알고리듬은 분자 구조를 계산하고, 자연계의 시스템을 시뮬레이션할 수 있으며, 기존 초고속 슈퍼컴퓨터보다 13,000배 빠른 성능을 보여줌
  • Quantum Echoes는 양자 신호의 ‘에코’를 되돌려 측정하는 방식으로, 미세한 간섭을 증폭해 극도로 정밀한 계산을 가능하게 함
  • UC Berkeley와 협력한 실험에서는 분자의 기하 구조를 정확히 예측하며, 기존 NMR 방식으로는 알 수 없던 분자 간 거리 정보도 포착함
  • 이번 성과는 약물 개발·소재 과학·핵융합 연구 등 실제 산업 분야로 양자 컴퓨팅이 진입하는 중요한 전환점으로 평가됨

Quantum Echoes 알고리듬의 등장과 의의

  • Google은 이번 연구를 통해 양자 컴퓨터가 초고속 슈퍼컴퓨터를 능가하면서도 결과를 검증할 수 있음을 입증함
    • 이는 단순히 “양자 우위(Quantum Supremacy)”가 아니라, 반복 실험으로 동일한 결과를 재현할 수 있는 ‘검증 가능한’ 계산을 의미함
  • Willow 칩에서 구현된 OTOC(Out-of-Time-Order Correlator) 알고리듬은 신호를 전진시킨 뒤 한 큐빗을 교란하고, 다시 역방향으로 되돌려 ‘에코’를 측정하는 방식임
    • 양자 간섭(constructive interference) 효과로 신호가 증폭되어 미세한 변화까지 감지 가능함
  • Willow 칩은 105개의 큐빗 배열을 사용하며, 낮은 오류율과 빠른 연산 속도를 통해 이 정밀한 측정을 실현함

Willow 칩과 기술적 기반

  • Willow는 Google이 2024년에 발표한 최신 양자 칩으로, 오류 억제 기술을 크게 향상시켜 약 30년간의 난제를 해결한 플랫폼임
  • 이전의 Random Circuit Sampling 벤치마크에서 Willow는 양자 상태 복잡성을 극대화하며 우수한 성능을 입증했음
  • Quantum Echoes는 단순 복잡도 실험이 아닌, 물리적 실험을 모델링하는 새로운 형태의 계산으로, 정밀성과 복잡성을 모두 검증해야 하는 도전적 테스트임

분자 구조 계산과 실험 검증

  • Google과 UC Berkeley는 공동으로 양자 기반 분자 기하 구조 계산 실험을 수행함
    • 15개 및 28개 원자로 이루어진 두 분자를 대상으로 Quantum Echoes 알고리듬을 적용
    • 기존 NMR(핵자기 공명) 결과와 일치하면서도, 기존 기법으로는 관측 불가능했던 분자 간 거리 정보를 새롭게 도출함
  • 이를 통해 Quantum Echoes가 ‘분자 자(rule)’처럼 구조를 측정할 수 있는 새 도구가 될 가능성이 입증됨
    • 특히 약물의 결합 구조나 배터리 소재, 고분자 등 신소재 분석에 활용될 잠재력이 큼

실제 응용으로의 진전

  • 이번 성과는 양자 컴퓨터가 의약, 생명과학, 재료 연구 등 실제 산업 문제 해결에 접근할 수 있는 첫 신호로 평가됨
  • Quantum Echoes는 양자 기계가 자연의 상호작용을 정밀하게 모델링할 수 있음을 보여주는 실증적 사례
    • 예: 약물 후보가 단백질과 결합하는 구조 분석, 새로운 전도성 물질의 분자 배열 파악 등
  • Google은 현재 ‘Milestone 3’, 즉 오랜 수명을 가진 논리적 큐빗(logical qubit) 구현을 향해 나아가고 있음
    • 이는 향후 완전한 오류 정정 양자 컴퓨터 개발로 이어질 핵심 단계임

향후 전망

  • Quantum Echoes는 양자 계산의 정확성·재현성·응용성 세 요소를 동시에 입증한 첫 연구로 기록됨
  • Google은 이번 연구를 통해 “양자 망원경(quantum-scope)”이라는 개념을 제시하며, 관측 불가능했던 자연 현상을 탐구하는 새로운 도구의 가능성을 제시함
  • 이러한 진전은 양자 기술이 실험실 단계를 넘어 산업적 응용 단계로 진입했음을 알리는 전환점으로 평가됨
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GN⁺ 13시간전  [-]
Hacker News 의견
  • 나는 Bitcoin이 있다면 DEFCON 강연(https://www.youtube.com/watch?v=OkVYJx1iLNs)을 보고 양자 컴퓨터의 발전에 대해 꽤 걱정함
    • 특정 공개키 암호화 방식이 양자 알고리즘에 취약하지만, Bitcoin 블록체인의 핵심 부분이 직접적으로 영향받지는 않음. 양자 컴퓨터로 개인키 하나를 깨트리는 데에도 며칠에서 몇 주가 소요되므로 충분한 사전 경고를 받을 수 있음. 하지만 WhatsApp, Signal 같은 종단간 암호화 메시지의 보안성은 더 걱정인 부분임. 중간에서 수집된 메시지는 앞으로 해독될 수 있으므로 더욱 강력한 암호로 빠르게 전환하는 것이 나음. 최근 Signal이 이 부분에서 중요한 진전을 보였음 (https://arstechnica.com/security/2025/…) (https://arxiv.org/pdf/2505.15917)
    • 양자 컴퓨팅 위협은 이미 널리 인지된 문제임. 해결할 충분한 시간이 있어 전 세계적으로 보완 작업이 계속 진행 중임. 양자 암호공격에 관해 걱정한다면, 암호화폐보다는 은행, 중개 계좌, 이메일, 문자 등 거의 모든 디지털 서비스 전반이 다 위험해지는 상황임
    • 양자 컴퓨팅이 암호화폐 보안 위협이 된다고 언급할 때마다 항상 많은 반대를 받았음. 많은 HODLer(암호화폐 투자자)이 존재함을 느끼게 되는 순간임. 결국 암호화폐 투자란 어느 정도 양자 컴퓨팅의 실현 가능성에 베팅하는 것임
  • “verifiable”이라는 표현이 “두 번 실행해서 같은 결과 나오면 됨”이라는 의미임? Quantum verifiability는 해당 양자 컴퓨터나 동급의 다른 양자 컴퓨터에서 동일 답을 반복 산출해 신뢰를 확보할 수 있는 것임
    • 내가 알기로 '검증 가능성'이란, 고전 컴퓨터만 쓰는 회의론자에게도 양자 장치가 제대로 작동했음을 이론적으로 입증할 수 있어야 함을 의미함. Mahadev(https://arxiv.org/abs/1804.01082), Aaronson(https://arxiv.org/abs/2209.06930)처럼 엄밀한 증거가 필요한 부분임. 이전 RCS 실험은 이 능력이 부족했기에 '검증 가능한 양자 우위'라면 대단한 진전일 텐데, 논문에서는 이에 대해 별 언급 없음. 보도자료와 달리, 우위를 입증했다기보다 "가능성 있는 방향"을 제시했다는 것에 불과함
    • 논문 어디에서도 'verifiability' 개념 자체가 명확히 다뤄지지 않음. 내가 이해한 바로는, 이전 양자 우위 실험은 복잡한 확률 분포에서 샘플링하는 문제였는데, 제대로 했는지 검증이 까다로움. 반면 이번 실험은 측정값이 명확한 수치(예를 들어 다른 실험체계나 컴퓨터와 직접 비교 가능)로 나오므로, 측정값 자체는 비교가 가능함. 단, 이전 실험들에서는 샘플들의 기댓값이 모두 0에 가까워 실제로 관측이 어려웠음. 참고로 이 해석은 공식 설명이 없어서 내 추측임
    • ‘내 기계에선 잘 됨’ 수준을 넘어, 여러 양자 컴퓨터에서 일관되게 알고리즘이 동작함을 의미함
    • 이번 실험의 핵심은 최초로 ‘양자 우위(quantum supremacy)’가 검증된 예시임. 본문 내용 중 “역사상 최초로, 슈퍼컴퓨터 능력을 능가하는 검증 가능한 알고리즘을 양자 컴퓨터가 성공적으로 실행함”이란 언급이 있음
    • 숫자 N만큼 반복, 즉 2번만 실행하는 게 아니라는 의미임
  • "가장 빠른 슈퍼컴퓨터 보다도 13,000배 빠름", "양자 검증 가능성은 우리의 혹은 동급의 양자 컴퓨터에서 동일 결과가 꾸준히 나오는 것", "NMR과 결과가 일치하면서도 NMR로는 알 수 없는 추가 정보를 밝혀냈음" 이런 부분을 보면, 드디어 진짜 양자 우위가 입증된 것으로 보임
    • 논문을 빠르게 훑어보면 "NMR로는 통상 알 수 없는 정보"란 Hamiltonian의 Jacobian, Hessian을 계산한 것을 의미함. 즉, 양자 실험만 돌리면 시스템의 dynamics(역학)를 직접 시뮬레이션할 수 있음. Jacobian과 Hessian은 모든 파라미터에 대한 1, 2차 도함수 행렬임
  • 이번 결과와 주장에 대해 고전 계산 분야 전문가들의 의견을 듣고 싶음. 예전에도 양자 우위가 선언된 뒤, 다른 팀이 최적화된 고전 알고리즘으로 더 나은 결과를 보여주곤 했음
  • 관련 논문 정보를 공유함
    아이디어 논문: Quantum Computation of Molecular Structure Using Data from Challenging-To-Classically-Simulate Nuclear Magnetic Resonance Experiments(https://journals.aps.org/prxquantum/abstract/…).
    다른 양자 컴퓨터에서 결과 검증(아직 안됨): Observation of constructive interference at the edge of quantum ergodicity(https://www.nature.com/articles/s41586-025-09526-6)
  • 이번 결과도 여전히 RCS 문제인지, 아니면 유사한 문제인지 궁금함. 내가 알기로 현재 양자 컴퓨터로 할 수 있는 건 결국 ‘양자 컴퓨터 자체를 시뮬레이션하는 것’에 수렴함
    • 이전에 유명했던 random circuit sampling(RCS) 실험과 이번 것은 꽤 다름. RCS의 결과는 암호화되지 않은 임의 bitstring이라 매 실행마다 달라짐. 무작위성이 있기 때문에 반복성도 없고, 사실 흥미로운 내용도 별로 없음(오직 양자 컴퓨터만 효율적으로 생성 가능함이 포인트). 이번 실험은 실행할 때마다 같은 결과를 얻을 수 있고, 구조화된 회로를 사용해서 훨씬 통제가 쉬움. 보너스로 분자분광학과의 연결고리가 있어, 스케일이 작긴 하지만 앞으로 유의미하게 쓸 수 있을 활용의 기미가 보임(random bitstring 생성보다는 유용함)
    • 이번 실험은 RCS 문제나 수론 관련이 아님. 발표 내용은 “Quantum Echoes”라 이름 붙인 알고리즘에 관한 것임. 실험 설정 후 qbit 하나를 교란시키고 시스템 전반의 ‘에코’를 관측함. 이를 활용해 기존 NMR로 진행하던 분야의 고전적 실험을 복제했고, 기존 방법으로는 얻기 힘든 데이터까지 얻을 수 있었음
  • 이번에는 실제로 쓸모있는 계산 같은데, 이전 결과와는 다름지 궁금함
    • 실제 세계에서는 여전히 완전히 쓸모가 없는 수준임. 또한 실제 검증 가능하다고 할 수 없음
  • 내가 알기로 양자 칩은 구현 가능한 게이트 한계로 인해 일부분 알고리즘만 실행 가능함. 양자 칩이 진정한 범용 컴퓨터(Universal Computer)인지 궁금함
  • “하드웨어에서 사상 최초로 검증 가능한 양자 우위를 달성한 알고리즘을 시연했다”라는 식의 발표, Google 등에서만도 이미 몇 번은 본 느낌임
    • 이번 건 "검증 가능하다"가 핵심임. 즉, 고전적으로는 너무 오래 걸리는 연산을 양자 컴퓨터로 반복 일관되게 재현 가능한 결과를 만들어냈다는 의미임. 반대로 RCS 같은 데서는 출력이 매번 달라서 검증이 불가능함
    • 만약 진짜라면 기대한 대로의 결과임. 양자 우위란 것도 ‘우리가 자원과 기술을 최대한 동원해 얻을 수 있는 고전적 해답과의 비교’에서, ‘형식적으로 검증 가능한 유용한 출력’에 이르기까지 스펙트럼임
    • 구글만 해도 이게 세 번째임
    • 이번 건 Nature 논문과 함께 발표되어 이전과는 다른 의미로 볼 수 있음(https://www.nature.com/articles/s41586-025-09526-6)
  • 나는 양자 전문가가 아니지만, 이런 뉴스가 10년 넘게 계속 나오면서 실제로 쓸 만한 결과가 없었다는 느낌임
    • 물리학 연구자금 유치엔 아주 좋은 소식임. 쓸모가 없더라도 정치, 감시 비용에 쓰이는 것보단 낫다고 생각함
    • 나도 전문가 아니라서 누군가 보충설명을 해주면 좋겠음. 내 이해로는 아직 모든 게 시작 단계임. 양자 알고리즘이 가능함을 증명하는 것만 해도 큰 의미임. (이게 이번 기사 주장 같음) 이게 증명이 됐다면, 다음 단계는 더 많은 큐비트, 얽힘쌍, 그리고 낮은 에러율을 갖춰야 현실 문제에 적용 가능함. 이런 발표는 대체로 사실일 가능성이 크지만 ‘아주 작은 범위’ 안에서임. 즉, "현재 최고 속도보다 1만배 빠른 소인수분해 알고리즘 개발!"이란 발표가 실제론 103까지밖에 인수분해 못하는 것과 비슷함
    • 기업이 이윤에 따라 움직이면, 실제 과학적 평판이나 추가 연구가 아닌, 투자자와 주주용 과장 광고가 쏟아짐. 이런 선동적 주장은 실제 내용을 판단할 능력이 부족한 미래 수익에만 관심 있는 주주를 겨냥하고 있음. 과학을 기업에 맡길 때 생기는 자연스러운 현상임
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