독일 율리히연구소, 포획이온 양자컴퓨터 JION 슈퍼컴퓨터 인프라에 통합

JION 시스템 개요

포르슝스첸트룸 율리히는 양자컴퓨팅 스타트업 eleQtron과의 EPIQ 파트너십을 통해 포획이온 방식 양자컴퓨터 JION을 개발했다. 'Jülich trapped-Ion quantum computer'의 약자인 JION은 전기적으로 하전된 이터븀 원자를 진공 내 전자기장으로 포획해 큐비트로 활용하며, 양자 게이트의 순차적 실행으로 연산을 수행한다. 이번 가동 개시로 첫 공개 연산이 개소식에서 시연됐으며, 시스템은 현재 JSC에서 운영 중이다. EPIQ 파트너십은 2024년 3월 출범했고, 노르트라인-베스트팔렌 문화과학부가 4년 반에 걸쳐 약 2,100만 유로를 지원한다.

MAGIC 제어 기술: 극저온 불필요

JION의 제어 기술은 초전도 방식과 명확히 구분된다. 초전도 프로세서는 절대영도 근방의 극저온 환경이 필수적이지만, JION은 마이크로파와 세밀하게 조정된 자기장을 결합해 개별 큐비트를 제어하고 큐비트 간 결합을 구현한다. 지겐에서 개발된 이 방식은 자기 기울기 유도 결합(MAGIC: Magnetic Gradient Induced Coupling)으로 불리며, 제어 구조를 단순화하고 대형 시스템으로의 확장 가능성을 지원할 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 다만 실제 대규모 확장은 아직 개발 목표 단계에 있다.

JUNIQ 인프라 통합과 활용 범위

JION은 율리히의 양자컴퓨팅 통합 인프라인 JUNIQ(Jülich Unified Infrastructure for Quantum Computing)에 편입됐다. JUNIQ는 다양한 양자 시스템에 대한 접근 경로를 제공하고 이를 JSC의 HPC 자원과 연결하는 구조로, JION 가동으로 포획이온 시스템이 추가됐다. 하이브리드 연산 환경에서는 대규모 계산의 특정 단계를 양자 프로세서에 선택적으로 배정하는 방식이 적용된다. 연구기관과 기업들은 물류, 소재 연구, 화학, 머신러닝 등 분야에서 이 환경을 활용할 수 있으며, eleQtron은 사용자 교육과 지원 서비스도 병행 제공할 예정이다.

후속 투자 계획: 두 건의 추가 지원

개소식에서는 두 건의 추가 지원 계획이 함께 공개됐다. eleQtron의 SQALING 프로젝트는 노르트라인-베스트팔렌을 통해 집행되는 EU 재원 최대 약 2,500만 유로를 받아 포획이온 기술을 산업 수준에서 활용 가능한 칩 기반 확장형 플랫폼으로 전환하는 것을 목표로 한다. Q-STAR.NRW 프로젝트는 라인란트 광산 지역 개발 재원 및 주 예산에서 최대 약 2,500만 유로를 지원받아 최대 200큐비트 규모의 반도체 방식 양자컴퓨터를 도입하고 JUNIQ에 통합할 계획이다. 두 프로젝트가 모두 실현되면 JUNIQ 내에서 포획이온과 반도체 방식이 병존하는 다중 하드웨어 인프라가 구성된다.

의의와 한계

이번 JION 가동은 유럽 내 양자-HPC 통합 환경 구축의 실질적 진전을 보여주는 사례다. 극저온 의존도를 낮춘 MAGIC 기술은 포획이온 시스템의 잠재적 확장성을 높이는 방향으로 주목받는다. 그러나 공식 발표에는 JION의 구체적인 큐비트 수나 충실도(fidelity) 등 성능 지표가 포함되지 않았으며, 고전 컴퓨팅 대비 실질적 계산 우위를 언제 입증할지에 대한 일정도 제시되지 않았다. 기술 실용화의 구체적 경로는 향후 SQALING 프로젝트의 스케일링 연구 결과에 크게 달려 있다.