IBM과 시카고대학교(University of Chicago) 연구진이 양자컴퓨터로 고전 시뮬레이션 방식이 현실적으로 처리하기 어려운 계산을 수행하는 동시에 결과의 정확성까지 검증하는 데 성공했다. 단순히 더 어려운 문제를 푸는 수준을 넘어, 신뢰할 수 있는 양자 계산의 가능성을 제시했다는 점에서 주목된다.

IBM과 시카고대학교는 31일 논문 ‘높은 충실도를 검증할 수 있는 복잡한 양자 회로 샘플링(Sampling hard circuits with verifiably high fidelity)’을 통해 해당 실험 결과를 공개했다.

연구진은 새롭게 구성한 인코딩 방식의 양자 회로를 활용해 지금까지 수행된 논리 양자 컴퓨팅 실험 가운데 가장 큰 규모를 구현했다고 밝혔다.

이번 실험의 핵심은 기존 양자 우위 검증에 사용되던 무작위 회로 샘플링(RCS) 방식의 한계를 극복한 데 있다.

문제 규모가 커질수록 계산 결과를 고전적 방법으로 검증하기가 사실상 불가능해지는 문제가 있었다.

연구진은 RCS와 동일한 난도 기준을 유지하면서도 구조화된 대안 방식을 도입해 계산 과정의 오류를 감지하고 결과를 검증할 수 있음을 입증했다.

시카고대학교 빌 페퍼먼(Bill Fefferman) 부교수는 “잡음 환경에서도 고전적으로 계산하기 어려운 양자 상태가 얼마나 정확하게 구현됐는지 평가할 수 있는 기법을 개발했다”며 “이번 실험은 양자컴퓨터가 계산적으로 어려운 문제를 해결하고 있다는 신뢰를 높인다”고 말했다.

연구진은 70개 논리 큐비트를 오류로부터 보호하는 방식으로 △2,415회의 논리 2큐비트 연산 △468회의 논리 T 게이트를 수행했다.

논리 오류율은 물리 오류율 대비 10분의 1 수준에 그쳤으며, IBM 양자컴퓨터는 전체 계산을 15분 미만에 마쳤다.

반면 여러 최신 고전 시뮬레이션 방식은 동일 작업에 지나치게 긴 실행 시간을 필요로 하는 것으로 나타났다.

IBM 리서치 총괄사장 제이 감베타(Jay Gambetta) IBM 펠로우는 “고전 컴퓨터가 실질적으로 도달하기 어려운 양자 계산을 입증했으며, 그 계산이 얼마나 충실하게 실행됐는지 통계적 신뢰를 바탕으로 제시했다”며 “이번 성과는 양자컴퓨터를 신뢰할 수 있는 새로운 기반을 제공한다”고 밝혔다.

IBM은 이번 실험 결과를 퀀텀 어드밴티지 트래커(Quantum Advantage Tracker)에도 공개했다.

또한 알고리드믹(Algorithmiq), 케드마(Qedma) 등 IBM 퀀텀 생태계 파트너들도 이날 신뢰 가능한 양자 우위 관련 추가 연구 성과를 각각 발표했다.