구글이 양자(퀀텀) 컴퓨팅 분야에서 또 하나의 획기적인 이정표를 달성했다.

구글은 세계 최초로 '검증 가능한 양자 우위'(Verifiable Quantum Advantage)를 달성한 알고리즘을 구현했다고 22일 밝혔다.

'양자 우위'란 기존 컴퓨터가 현실적인 시간 안에 해결할 수 없는 문제를 양자 컴퓨터가 처리할 수 있는 능력을 의미한다.

구글은 자체 개발한 양자 칩 '윌로우'(Willow)을 이용해 구현한 알고리즘 '퀀텀 에코스'(Quantum Echoes)를 이날 세계적인 학술지 '네이처'에 게재했다.

'윌로우'는 구글이 지난해 현존하는 가장 빠른 슈퍼컴퓨터인 프런티어가 10셉틸리언(10의 24제곱)년, 즉 1조와 1경, 1해보다 큰 10자년 걸려야 풀 수 있는 문제를 단 5분 안에 풀었다며 발표한 양자 칩이다.

윌로우를 이용한 '퀀텀 에코스'는 세계 최고 성능의 슈퍼컴퓨터가 실행하는 최상의 고전 알고리즘보다 연산 속도가 1만3천배 빠르다고 구글은 설명했다.

특히, 이는 슈퍼컴퓨터의 능력을 넘어서면서도 전 세계적으로 처음 '검증 가능한' 알고리즘이라고 강조했다. 이는 다른 양자 컴퓨터로도 동일한 결과를 반복적으로 재현하고 검증할 수 있음을 의미한다.

구글은 2019년 첫 '양자 우위'를 달성했다고 발표했다. 그러나 당시 이를 검증할 수 있는 방법이 없어 일각에서는 구글 발표에 의문이 제기되기도 했다.

그러나 구글은 '퀀텀 에코스' 알고리즘을 통해 '양자 우위'가 검증 가능하다고 밝혔다. 또 2019년 당시에는 0.1%의 데이터만 정확해도 성과로 인정받았지만, 이번 '검증 가능한 양자 우위'를 위해서는 오류 데이터가 0.1% 미만이어야 한다고 설명했다.

구글은 연구 신뢰도를 높이기 위해 10인년(연구자 10명이 1년 동안 집중적으로 테스트한 수준의 검증 과정)에 달하는 엄격한 테스트를 통해 '윌로우' 칩의 성능을 슈퍼컴퓨터와 비교 검증했으며, 알고리즘 최적화를 위해 총 1조 회에 달하는 측정을 진행했다고 밝혔다.

구글은 이번 알고리즘이 이론적 성과를 넘어 신약 개발이나 신소재 과학 등 실제 산업에 적용될 구체적인 가능성을 제시하며, 특히 자기공명영상장치(MRI)의 기술적 기반이기도 한 핵자기 공명(NMR) 기술을 '분자 눈금자'로 활용해 분자 구조를 더 정밀하게 측정하는 길이 열렸다고 설명했다.

이를 통해 신약이나 차세대 배터리 및 신소재의 분자 구조를 특성화하는 등 첨단 산업에 혁신을 가져옴으로써 이번 성과가 향후 신약 개발, 배터리 설계, 핵융합 에너지 등 기존 슈퍼컴퓨터가 풀지 못했던 난제를 해결하는 중요한 이정표가 될 것이라고 기대했다.

구글은 이를 토대로 5년 이내에 양자 컴퓨터로만 가능한 실제 응용 사례가 등장할 것으로 전망했다. 또 대규모 오류 수정 양자 컴퓨터로 기술을 확장해 나가면서 더욱 유용한 활용 사례들을 발굴해 나갈 것이라고 밝혔다.

현재 구글 연구진은 양자 하드웨어 로드맵의 세 번째 이정표로, 양자 컴퓨터의 오류를 줄이고 안정성을 높이는 핵심 기술인 '오래 지속되는 논리 큐비트' 개발에 집중하고 있다.

이번 구글 발표는 올해 노벨 물리학상 수상으로 이어진 초전도 큐비트 기술 연구에 뿌리를 두고 있다. 이 분야의 세계적 석학이자 구글 퀀텀 AI 수석 과학자 미셸 드보레는 윌로우 양자 칩을 포함한 구글의 통합적인 양자 컴퓨팅 접근법 개발에 핵심적인 역할을 수행해왔다.

<연합뉴스>