구글이 세계 최초로 '검증할 수 있는 양자 우위'를 구현해 양자컴퓨팅 분야에서 또 한 번의 이정표를 세웠다. 양자 우위는 기존 슈퍼컴퓨터로는 현실적인 시간 내에 풀 수 없는 문제를 양자컴퓨터가 해결하는 능력을 말한다.
22일(현지 시각) 구글은 자체 개발한 양자 칩 '윌로우'로 구현한 알고리즘 '퀀텀 에코스'를 통해 이 같은 성과를 냈다고 밝혔다. 연구 결과는 이날 국제 학술지 '네이처'에 게재됐다.
기존 컴퓨터는 전자가 없거나 있는 것을 0과 1, 즉 1비트(bit) 단위로 표현한다. 이에 비해 양자컴퓨터의 단위는 0과 1 상태가 중첩된 큐비트(qubit)이다. 일반 컴퓨터가 2비트이면 00, 01, 10, 11 네 가지 중 하나가 되지만, 2큐비트는 네 가지가 동시에 다 가능하다. 만약 큐비트가 300개라면 우주의 모든 원자 수보다 많은 2의 300제곱 상태가 가능해 컴퓨터 능력이 획기적으로 커진다.
구글은 지난해 이미 가장 빠른 슈퍼컴퓨터인 프런티어가 10의 24제곱년(10자년)이 걸릴 계산을 윌로우 칩으로 5분 만에 수행했다고 밝힌 바 있다. 이번에는 그 능력이 검증할 수 있는 수준으로 향상됐다는 것이 핵심이다.
구글에 따르면 퀀텀 에코스는 세계 최고 성능의 슈퍼컴퓨터가 실행하는 고전 알고리즘보다 1만3000배 빠른 연산 속도를 보였다. 특히 이번 알고리즘은 다른 양자 시스템에서도 결과를 재현할 수 있는 검증 가능성을 확보했다는 점에서 의미가 크다.
2019년 구글이 처음으로 양자 우위를 달성했다고 발표했을 때는 검증 불가능하다는 한계가 있었으나, 이번엔 오류율 0.1% 미만 수준으로 데이터를 정확히 재현했다고 강조했다. 구글은 연구자 10명이 1년 동안 테스트하는 수준의 검증 테스트와 1조 회 이상 측정을 통해 결과를 확보했다고 덧붙였다.
구글은 이번 연구가 단순한 이론적 성과를 넘어 신약 개발과 신소재 연구, 핵융합 에너지 등 실제 산업에 응용될 가능성을 제시했다고 밝혔다. 신약이나 배터리, 신소재 설계 등에서 기존 슈퍼컴퓨터가 풀지 못한 난제를 해결하는 길이 열릴 것으로 기대된다.
구글은 "앞으로 5년 이내에 양자컴퓨터로만 가능한 실제 응용 사례가 등장할 것"이라며 "대규모 오류 수정 양자 컴퓨터로 확장해 나가며 실용성을 극대화하겠다"고 밝혔다.
권석준 성균관대 화학공학부 교수는 "구글이나 IBM 같은 회사들이 그간 경쟁을 벌여 오던 물리 큐비트의 스케일업 추세에서 방향 전환이 생기고 있다는 신호를 보여준다는 점에서 함의하는 바가 크다"며 "이를 기반으로 구글이 앞으로도 물리 큐비트 확장뿐만 아니라 더 근본적인 이슈, 즉 양자오류 수정의 실질적 효율 쪽으로 더 연구개발 자원을 집중할 것임도 예상할 수 있다"고 분석했다.
참고 자료
Nature(2025), DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09526-6