양자컴퓨터의 성능을 높이기 위해서는 큐비트 수를 늘리는 것만큼 수많은 양자칩을 어떻게 연결하고 극저온 상태로 유지할지도 중요한 과제다. IBM이 여러 양자칩을 하나의 시스템으로 묶을 수 있는 모듈형 냉각 구조를 실증하며 대규모 양자컴퓨터 구축에 한 걸음 다가섰다.
IBM은 두 개의 극저온 모듈을 하나의 환경으로 연결해 냉각하는 데 성공했다고 19일 밝혔다. 여러 양자칩을 각각의 장비에 넣는 대신 복수의 모듈을 연결해 하나의 대형 양자 시스템으로 확장할 수 있는 구조를 구현한 것이다.
IBM은 이를 오는 2029년 구축을 목표로 하는 대규모 오류 내성 양자컴퓨터 'IBM 퀀텀 스탈링'의 기반 기술로 제시했다.
현재 가동 중인 두 극저온 모듈은 각각 높이와 폭이 8피트(약 2.4m)가 넘는다. 초기 시험에서는 두 모듈을 5일 안에 액체 헬륨 수준인 4켈빈까지 냉각한 뒤 최종적으로 15밀리켈빈 이하의 온도에 도달했다.
양자칩은 외부 환경의 미세한 변화에도 영향을 받기 때문에 초저온 환경에서 작동해야 한다. IBM은 각 모듈의 진공 챔버가 현재 주력 양자 시스템보다 최대 12배 넓은 배선 공간을 제공한다고 설명했다. 더 많은 양자칩을 모듈 안에 넣고, 모듈 사이에서도 연결할 수 있도록 한 것이다.
IBM은 'L-커플러'라는 연결 기술을 이용해 서로 다른 양자 프로세서를 직접 연결하는 방식을 적용했다. 이 기술은 여러 양자칩이 정보를 주고받으며 하나의 대형 양자컴퓨터처럼 작동하도록 하는 데 활용된다.
IBM은 내년까지 L-커플러를 이용해 최소 1000개의 프로그래밍 가능한 큐비트를 갖춘 시스템을 구축한다는 계획이다. 올해 안에는 차세대 프로세서 'IBM 퀀텀 나이트호크'를 이번 극저온 모듈에 탑재해 성능을 검증할 예정이다.
장기적으로는 2029년 'IBM 퀀텀 스탈링'을 구축하는 것이 목표다. IBM은 스탈링에 대규모 양자칩과 오류 정정 기술을 결합해 실제 산업 현장에서 활용할 수 있는 오류 내성 양자컴퓨터를 구현한다는 구상이다.
제이 감베타 IBM 리서치 총괄 사장 겸 IBM 펠로우는 "산업 현장에서 오류 내성 양자컴퓨터를 활용하려면 여러 기술적 과제를 해결해야 한다"며 "이번 극저온 모듈 연결은 그 과정의 한 단계"라고 말했다.