C12·Thales, 탄소나노튜브 스핀 큐비트 기반 레이더 추적 시스템 QuantumTrack 개발, TRL 5 달성

레이더 다중 표적 추적이 갖는 계산 한계

레이더가 이동 물체를 실시간으로 추적하려면 각 스캔마다 수천 건의 감지 정보를 기존 궤적과 대응시키는 작업이 필요하다. 표준 알고리즘인 MHT(다중 가설 추적)는 여러 후보 시나리오를 동시에 유지하면서 가장 개연성 높은 것을 선택하는 방식이다. 그러나 추적 대상이 늘어날수록 가능한 조합의 수가 지수적으로 증가하며, 이 문제는 NP-난해(NP-hard) 범주에 속한다. 고전 솔버는 실시간 제약을 맞추기 위해 스캔마다 가설을 강제로 제거해야 하며, 이 때 나중에 유효해질 수 있는 경로까지 잃게 된다.

드론 항공 교통 급증으로 새로운 무인 교통 관리(UTM) 시스템 수요가 높아지고, 방산 분야에서는 포화 공격과 같은 진화된 위협이 레이더·지휘통제 시스템의 한계를 시험하고 있어 이 병목은 더 이상 외면하기 어려운 과제가 됐다.

QuantumTrack의 기술 구조

QuantumTrack은 MHT에서 계산 부하가 가장 큰 단계, 즉 상호 호환 가능한 가설 조합을 선택하는 부분을 양자 가속으로 대체하는 방식을 취한다. 전체 문제를 양자 하드웨어에 올리는 대신, 큰 문제를 현재 프로세서 규모에 맞는 부분 문제로 분해하고 양자 어닐링으로 풀어 다시 원래 그래프에 합산하는 하이브리드 워크플로를 설계했다.

이 접근은 C12의 독자적인 아키텍처 특성을 활용한다. C12의 스핀 큐비트는 탄소나노튜브에 구현되며 마이크로파 공진기에 결합하는 스핀-cQED 구조로 높은 연결성을 갖는다. 전기적 제어를 통해 메모리 모드와 양자 어닐러 동작 모드 간 전환이 가능하다는 점이 핵심이다. 역할 분담 측면에서는 C12가 하드웨어 아키텍처와 과학적 전문성을 담당하고, Thales는 MHT 알고리즘과 운용 요구 사항, 시스템 통합 경로를 제공하는 공동 설계 방식으로 진행됐다.

벤치마크 결과와 성능 수치

성능 검증은 C12의 양자 에뮬레이터 Callisto를 이용해 이루어졌다. Callisto는 최대 20 큐비트 규모 프로세서의 물리적 거동, 오류, 디코히런스를 충실히 재현한다. 잡음 측정과 클러터가 포함된 두 가지 대표 레이더 시나리오에서 QuantumTrack은 최고 수준의 고전 솔버와 동등한 처리 시간을 달성했으며, 경쟁 양자 어닐러 대비 약 100배 빠른 결과를 냈다.

연구팀이 이미 확인한 능동 큐비트 리셋 프로토콜을 적용할 경우, 문제 분해를 포함한 전체 엔드-투-엔드 처리 시간은 약 50밀리초로 추산된다. 이는 레이더 실시간 추적 요건에 부합하는 수준이다. 프로세서의 소형 폼팩터와 CMOS 공정 호환성은 레이더 시스템 내 임베디드 통합 가능성도 높인다.

로드맵과 한계

QuantumTrack은 현재 TRL 5 단계로 검증됐으며, 다음 이정표는 C12의 실물 칩에서 TRL 6 실증을 달성하는 것이다. 두 기업은 Thales가 시스템 통합자 역할을 맡아 방산 시스템에 배치하는 것을 목표로 하며, C12는 대규모 실시간 최적화용 양자 어닐링 제품 개발을 병행한다. 다만 현재 성능 수치가 실물 칩이 아닌 에뮬레이터 기반이라는 점, 그리고 실제 방산 환경의 복잡도는 벤치마크 시나리오보다 훨씬 높다는 점은 여전히 과제로 남아 있다. 두 기업은 10월 6일 독일 슈투트가르트에서 열리는 Quantum Effects 박람회에서 이 성과를 발표할 예정이다.