아이온큐(ionq) 양자컴퓨터와 큐비트의 현황과 전망

양자컴퓨터 제조기업인 아이온큐(ionq)에 투자하려면, 양자컴퓨터와 큐비트의 현황과 전망은 반드시 알아야 한다.
4차 산업혁명 분야 중 가장 어려운 분야가 AI와 양자컴퓨터이고, 기술적 우위를 가진 기업에 투자를 해야 하기 때문에
소식에 늘 귀기울여야 한다. 아이온큐와 다른 회사의 차이에 대해서도 같이 한번 알아보자.

1. 양자컴퓨터 현황

양자컴퓨터는 양자역학에서 배우는 슈뢰딩거의 고양이처럼 상자를 열기 전에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다고 생각할 수 있다. 그러나 엄연히 존재한다. 슈뢰딩거의 고양이처럼 존재하거나 존재하지 않는 것이 아니다.

• Microsoft는 풀스택 양자 컴퓨터를 개발하고 있다.
• 아이온큐(IONQ)는 2019년부터 양자 시스템 상용화하고 있으며, 워싱턴주 바슬(Bothell)에서 차세대 양자컴퓨터 구축 중이다.

아이온큐 Entangled Network 인수와 시애틀 양자 컴퓨팅 제조시설 건설

실제로, 아이온큐의 아리아(Aria)는 현존하는 최고의 알고리즘 큐비트를 가진 양자컴퓨터로서 20AQ성능을 가졌으며,
클라우드 빅3인 아마존 AWS, 마이크로소프트 Azure, 구글의 구글클라우드와 모두 파트너를 맺고 있으며, 또한 미공군연구소와 계약을 체결하여 계약을 체결하여 양자컴퓨터를 납품하고 있다.

아이온큐의 알고리즘 큐비트(AQ) 양자컴퓨터 Aria

아이온큐 미국방부(미공군연구소)와 양자컴퓨터 계약 체결

그리고, 국제적으로도 무한한 가능성을 가진 양자 컴퓨터 시장을 선점하기 위한 글로벌 경쟁이 이미 뜨겁게 펼쳐지고 있다.

• 미국은 세계 처음 ‘양자법’을 2018년 말 제정하고 백악관 직속 국가양자조정실(National Quantum Coordination Office: NQCO)을 신설하여,  지난해 6월 표준기술연구소(NIST) 주도로 양자경제개발연합체(QED-C)를 구성해 140여 개 기업이 참여하였고, 양자컴퓨터 개발에 약 약 4억 달러(한화 약 1조 4000억 원)를 투자할 계획이다.
• 중국은 2030 국가전략구현 6대 중대 프로젝트를 통해 '양자 굴기'를 추진 중이며 양자 컴퓨터 개발에 약 15조 원을 투자할 계획이다.
• 유럽연합(EU)은 13개국 38개 산ㆍ학ㆍ연 파트너로 구성된 오픈QKD(Quantum Key Distribution, 양자키분배) 프로젝트를 통해 양자 활용사례 확보에 나서고 있으며, 약 7조 2천억을 투입해 양자 컴퓨터를 개발한다는 계획이다

양자 컴퓨터는 언제 현실로 다가올까?

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그러나, 일반 사람들이 쓸 수있는 상용화 단계는 언제 걸릴지 알 수 없지만 양자 컴퓨터의 본격적인 상용화 시점은 오류에 대한 내성을 갖추고 수백만 큐비트까지 올라가는 2030년대 후반으로 전망되고 있다.

2. 큐비트

1) 큐비트 정의

양자 컴퓨팅은 양자 물리학의 속성을 기반으로 작동하며, 큐비트라고도 하는 단일 양자 비트는 여러 값을 나타낼 수 있다.
여기서, 각 양자컴퓨터 제조회사마다 큐비트를 생성하는 방식이 다음과 같이 다르다.

• Microsoft, Google, IBM 및 Intel과 같은 거대 빅테크는 큐비트를 생성하기 위해 초전도 회로 방식
• IONQ는 이온을 이용한 방식
• D-Wave는 특수 유형의 문제에 양자 방법을 적용하는 양자 어닐링 방식

그리고, 프로세서에 포함된 큐비트의 수는 종종 양자컴퓨터의 개발 진행에 대한 지표로 사용된다.
예를 들어, IBM은 2025년까지 4,000큐비트를 넘어서는 것을 목표로 Osprey라는 433큐비트 프로세서를 개발헀다.

IBM Unveils 400 Qubit-Plus Quantum Processor and Next-Generation IBM Quantum System Two

2) 물리적 큐비트와 논리적 큐비트

큐비트 연구자들은 양자 계산의 원재료인 물리적 큐비트와 그러한 계산을 위한 신뢰할 수 있는 빌딩 블록인 논리적 큐비트를 구분한다. 또한,  양자 시스템은 본질적으로 잡음이 많고 오류가 발생하기 쉬우므로 내결함성 양자 컴퓨터를 위한 하나의 논리적 큐비트를 구축하려면 최소 1,000개의 물리적 큐비트를 결합해야 가능하다고 얘기한다.
또한, 이 부분에 대해서는 제조사마다 견해의 차이가 있다.

• Microsoft 팀은 양자 컴퓨터가 오류를 수정하고 문제를 해결하는 데 이점을 얻기 위해서는 백만 개의 물리적 큐비트가 필요할 것으로 초전도 나노와이어에 집중하고 있다.
• IONQ는 큐비트의 수보다 게이트 충실도를 중요시하고 있으며, 아이온큐의 양자 컴퓨팅 시스템은 32개의 포획 이온 물리적 큐비트를 사용하여 25개의 알고리즘 큐비트를 생성하며, 2025년에는 64개의 알고리즘 큐비트, 2028년에는 1,024개의 AQ를 목표로 하고 있다.

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3. 양자컴퓨터 전망

양자컴퓨터를 그렇다면 본질적으로 개발하는 이유가 무엇일까?
연구자들은 특정 유형의 문제는 기존 방식으로는 해결할 수 없는 일부 문제를 포함하여 기존 프로세서보다 양자 프로세서로 더 쉽게 해결할 수 있기 위함이다. 또한, 양자 접근 방식은 최적의 설루션을 찾기 위해 광범위한 가능성을 선별하는 것과 관련된 문제에 특히 적합하다.

• 마이크로소프트는 포드와 협력하여 양자 기반 시뮬레이션으로 트래픽 흐름을 최적화하였다.
• 기후위기와 관련된 문제 해결 가능
• 유전공학 및 의료에 기여 가능

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How Quantum Computing Can Tackle Climate and Energy Challenges - Eos

4. 결론

양자컴퓨터와 큐비트에 대해서는 이것을 전공한 사람들도 어려워하기 때문에 기술적으로 상세하게 공부할수록 더 힘들어진다. 따라서 우리는 양자컴퓨터의 현황과 전망 그리고 작동하는 큐비트에 대한 개념을 대략 알아놓는 것만 해도 투자를
하는데 한결 편해진다.

또한, 양자컴퓨터가 과거 초창기 컴퓨터처럼 원시적 일지 몰라도, 2030년 전후로 해서 반드시 개인용 양자컴퓨터가 등장할 것이라고 믿는다. 그렇게 본다면 우리는 원시 컴퓨터가 개발될 때 미리 투자한다고 생각하면 얼마나 우리가 빠르게 투자를
하는지 알 수 있을 것이다. 다만, 어느 회사가 제일 기술이 좋고 상용화의 단계에 빨리 다가서는지 소식에 눈을 크게 뜨고 봐야 한다.