독일 연구진, 상온 다이아몬드 프로세서로 3큐비트 그로버 탐색 구현

핵심 성능 수치

이번 시연에서 연산 큐비트로 활용한 것은 NV 센터의 전자 스핀이 아니라 질소-14 원자핵과 인근 탄소-13 원자핵 두 개, 즉 세 개의 핵 스핀이다. 탄소 격자에 의해 환경 잡음으로부터 보호받는 핵 스핀은 수 밀리초의 결맞음 시간을 확보하는데, 이는 전자 스핀 대비 약 1000배에 해당한다. 전자 스핀은 광학 인터페이스 역할에만 사용됐다.

주요 성능 지표로는 단일 큐비트 클리퍼드 충실도 평균 99.90%, 2큐비트 부분공간 게이트 충실도 평균 95.7%가 제시됐다. 8개 원소 탐색에서 하나의 표시 상태를 찾는 성공 확률은 77.3%, 두 개의 표시 상태는 87.0%였다. 동일한 오라클 쿼리 횟수로 고전 알고리즘이 달성 가능한 최선치(각각 37.5%, 46.4%)를 분명히 초과하는 결과다. 이온트랩 기반 동일 탐색에서 보고된 44~69%, 초전도 프로세서의 유사 또는 낮은 수치와 비교된다.

진공 의존 방식과의 구조적 대비

이온트랩은 초고진공 챔버 내 전자기장으로 이온을 가두고, 중성 원자 배열 방식도 레이저 핀셋 구동을 위해 초고진공이 필수다. 초전도 큐비트는 수십 밀리켈빈으로 냉각하는 희석 냉각기를 사용하는데, 이 냉각기 자체가 다단계 진공 격리 구조로 이루어진 진공 시스템이다. 세 방식 모두 큐비트 제작 자체가 아니라 큐비트를 격납하는 주변 인프라가 확장의 병목이 된다는 공통 제약을 안고 있다.

다이아몬드 NV 센터 방식에서는 큐비트가 결정 격자에 고정돼 있어 별도의 격납 장치가 불필요하다. 글의 저자는 이를 1947년 트랜지스터 발명 이후의 궤적과 비교한다. 진공관을 대체한 것은 단일 시점의 성능 우위가 아니라 제조 가능성과 집적 밀도의 개선 곡선이었다는 논리다.

제조 수율과 세 가지 이정표

저자는 다이아몬드 플랫폼의 발전 단계로 세 시점을 제시한다. 2020년 독일 라이프치히에서 단일 큐비트 다이아몬드 양자컴퓨터가 최초로 동작했고, 2023년에는 독일 국가 양자 이니셔티브 하에 NV 센터의 생산 규모 제조가 시연됐다. 황 도핑 및 활성화 공정 적용 시 사용 가능한 NV 센터의 수율은 도핑 전 약 1%에서 약 85%로 끌어올릴 수 있다고 밝혔다. 경쟁 스핀 결함 플랫폼 가운데 제조 수율을 공개 발표한 사례가 드물다는 점에서, 이 수치는 상업화 관점의 비교 기준이 된다.

함의와 한계

이 결과가 기존 방식을 즉각 대체한다는 의미는 아니다. 3큐비트는 실용적 양자 우위를 논하기에 규모가 지나치게 작으며, 이온트랩은 여전히 전체 플랫폼 중 가장 높은 절대 충실도를 유지하고 있다. 다이아몬드의 다른 결함 센터인 실리콘 공공·주석 공공은 현재까지 극저온에서만 동작한다.

저자가 제기하는 질문은 장기적 궤도에 관한 것이다. 상온·저전력 플랫폼이 반도체식 제조 개선 곡선을 타기 시작한다면, 수십억 달러 규모의 자본이 투입된 진공·극저온 방식의 위상이 어떻게 변화할지에 대한 물음이다. 다만 이 글이 다이아몬드 양자컴퓨팅 스타트업 SAXON Q의 CEO가 작성한 게스트 포스트라는 사실은 주장의 강도를 평가할 때 고려해야 할 맥락이다.