구글, 양자 컴퓨터 '마법 상태' 제조 성공... 99.99% 정확도 달성

구글이 초전도 양자 프로세서를 활용해 양자 오류 수정의 핵심인 '매직 스테이트(Magic State, 마법 상태)'를 99.99%의 정확도로 생성하는 데 성공했다고 양자 컴퓨팅 전문매체 퀀텀 자이트가이스트가 22일(현지시각) 보도했다.
구글의 이번 성과는 막대한 자원이 소모되던 기존의 '증류' 프로토콜을 대체할 수 있는 획기적인 대안을 제시한 것으로 평가받는다.

'증류' 프로토콜은 오류가 섞인 낮은 품질의 양자 상태들을 모아, 논리적 조작을 통해 오류가 거의 없는 고순도의 ‘마법 상태(Magic State)’를 추출해내는 과정을 말한다.


보도에 따르면 양자 컴퓨팅이 실용적인 수준의 복잡한 연산을 수행하기 위해서는 '내결함성(Fault-tolerant-오류가 발생하더라도 전체 시스템이 멈추거나 잘못된 결과를 내지 않고 정상적으로 기능을 수행하는 능력)'을 갖춰야 한다. 이를 위해 필수적인 것이 '비클리포드(non-Clifford) 게이트'이며, 이를 구현하기 위해서는 매우 정밀한 매직 스테이트가 필요하다.
'비클리포드 게이트'는 양자 컴퓨터가 단순한 계산기를 넘어 '진정한 슈퍼컴퓨터'가 되기 위해 반드시 필요한 최후의 퍼즐이라고 할 수 있다.

기존 방식은 품질이 낮은 상태를 여러 번 정제하는 '증류' 과정에 의존해왔으나, 이는 엄청난 양의 큐비트 자원을 소모하는 병목 현상을 야기했다. 반면 구글 연구팀이 도입한 '매직 스테이트 배양(Magic State Culture)' 방식은 단일 논리 큐비트 내에서 직접 상태를 생성하고 내결함성 측정과 사후 선택을 결합해 정제함으로써 자원 소모를 획기적으로 줄였다.


연구 결과에 따르면, 새로운 배양 프로토콜을 적용했을 때 상태 불충실도(Error rate)가 기존 방식 대비 40배 향상된 수준에 도달했다. 이는 정밀도가 높기로 유명한 트랩 이온 방식과 유사한 수준의 충실도다. 특히 구글은 초전도 회로 특유의 빠른 연산 속도를 유지하면서도, 필터링 후 약 8%의 유효 시도 횟수를 확보했다. 이는 생성된 매직 스테이트를 실제 기능적인 양자 컴퓨터 아키텍처에 즉각적으로 투입할 수 있는 실용성을 갖췄음을 의미한다.

이번 연구는 RSA2048 인수분해와 같이 고도의 정밀도를 요구하는 복잡한 양자 알고리즘 실행에 필요한 자원 비용을 크게 낮출 것으로 기대된다.

구글 연구진은 "이 방식이 비동기식 매직 스테이트 팩토리를 가능하게 할 것"이라며 "필요할 때마다 고정밀 매직 스테이트를 공급함으로써 보다 효율적인 양자 컴퓨팅 시대로 가는 길을 열 것"이라고 밝혔다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com