지난 12월 9일 구글(Google)이 차세대 양자 컴퓨터 칩 ‘윌로우’(Willow)를 공개했다.

칩은 슈퍼컴퓨터가 10조 7,000억 년 걸리는 계산을 5분 이내에 수행하여 전통적인 컴퓨터로는 해결할 수 없는 복잡한 문제를 해결할 수 있는 성능을 보여줬다.

윌로우의 성과는 의학, 에너지, 인공지능(AI)과 같은 분야에 혁명을 일으킬 수 있는 양자 컴퓨터를 구축하기 위한 중요한 이정표를 세운 것으로 평가된다.

윌로우 칩은 특정 양자 알고리즘을 사용하여 난수(무작위로 생성된 숫자) 생성 문제를 해결하는 데 사용됐다.

특히, 큐비트(Q-bit) 간의 연결성을 개선하고 새로운 오류 수정 코드를 적용하여 더 많은 큐비트를 사용하여 확장함에 따라 양자 오류를 기하급수적으로 줄일 수 있다는 것을 확인했고 이는 이 분야가 거의 30년 동안 추구해 온 양자 오류 수정의 핵심 과제를 해결한 것이다.

윌로우 성능을 측정하기 위해 양자 컴퓨터의 성능을 측정하는 표준적인 벤치마크 테스트 중 하나인 ‘랜덤 회로 샘플링’(RCS) 벤치마크를 사용했다.

구글 퀀텀 AI(Quantum AI) 연구팀은 “윌로우가 기존 칩보다 오류 발생률이 훨씬 낮다.”고 설명하면서 “인공지능 기술과 융합했을 때 엄청난 잠재력을 발휘할 수 있다.”고 강조했다.

예를 들어, 양자 컴퓨팅과 AI를 결합하여 더욱 정확하고 효율적인 머신러닝 모델을 개발할 수 있다.

양자 컴퓨팅은 물질이 여러 상태에 동시에 존재할 수 있다는 원리를 활용하여, 핵융합 반응기 개발 가속화, MRI 스캔의 원자 수준 데이터 분석 등 과학적 발견에 기여할 수 있다.

핵융합 반응 시뮬레이션을 통해 에너지 문제 해결에 기여하고, MRI 스캔 데이터를 분석하여 질병의 조기 진단 및 치료에 도움을 줄 수 있는 것이다.

하지만 이러한 기술이 보안 체계를 붕괴시키는 등 부작용을 초래할 가능성도 제기됐다.

양자 컴퓨터의 뛰어난 계산 능력은 현재 암호화 기술을 무력화시킬 수 있으며, 이는 개인 정보 유출 및 금융 시스템 마비 등 심각한 문제로 이어질 수 있다.

윌로우는 이러한 우려를 해결하기 위해 ‘양자 오류 수정’ 분야에서 30년간 지속되어 온 도전을 해결했다고 발표하면서 양자 오류 수정은 큐비트의 오류를 감지하고 수정하여 계산의 정확성을 높이는 기술이다.

구글 하트무트 네벤(Hartmut Neven) 퀀텀 AI 설립자는 “이번 성과는 양자 컴퓨팅이 여러 평행 우주에서 작동할 수 있다는 이론을 뒷받침한다.”고 강조하면서 “윌로우가 실용적이고 상업적으로 중요한 양자 컴퓨터로 향하는 강력한 전조다.”라고 평가했다.

옥스퍼드 퀀텀 연구소(Oxford Quantum Research Institute)의 피터 리크(Peter Leek) 박사는 “양자 기술이 빠르게 발전하고 있다. 향후 5년 동안 큰 진전을 볼 수 있을 것.”이라는 낙관적 전망을 내놓았다.

양자 컴퓨터는 인공지능, 의료, 에너지, 보안 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다.

구글은 이 기술이 가져올 혁신에 대한 기대를 강조하며, 관련 업계와의 협력을 통해 기술의 응용 범위를 넓혀나갈 계획이다.

한편, 이 연구 결과는 ‘표면 코드 임계값 이하의 양자 오류 수정’(Quantum error correction below the surface code threshold)이란 제목으로 12월 9일 네이처에 게재됐다.