IBM, 극저온 모듈 2개 연결 성공…2029년 오류 내성 양자컴퓨터 개발 가속

모듈형 극저온 시스템이란 무엇인가

양자컴퓨터의 초전도 큐비트는 우주 배경 온도보다 훨씬 낮은 환경에서만 작동한다. IBM이 이번에 실증한 모듈형 극저온 시스템은 이 냉각 장치를 단일 거대 용기 대신 복수의 독립 모듈로 분리·연결하는 방식이다. 수백 개 양자 칩이 초저온 환경을 함께 공유할 수 있도록 확장성을 염두에 두고 설계됐다는 점이 기존 아키텍처와의 차별점이다.

냉각 성능 검증 결과

현재 운용 중인 두 모듈은 각각 높이와 폭이 약 2.4미터(8피트)를 넘는 대형 구조물이다. 초기 테스트에서 5일 이내에 액체 헬륨 온도인 4켈빈(K)에 도달했고, 이후 최종 작동 온도인 15밀리켈빈(mK) 이하까지 냉각되는 데 성공했다. 이 온도는 우주 심연 온도보다 180배 이상 낮은 수준이다. 각 모듈의 진공 챔버는 IBM이 현재 가장 광범위하게 활용하는 기존 양자 시스템 대비 최대 12배 넓은 배선 공간을 확보했다.

L-커플러와 칩 간 연결 기술

복수의 양자 칩이 하나의 대형 시스템처럼 동작하려면 칩 간 정보 전달 경로가 필수적이다. IBM은 'L-커플러' 기술을 통해 서로 다른 양자 프로세서를 직접 연결하고, 칩 사이의 정보 공유와 통신이 가능하도록 구성했다. 이 연결 방식은 모듈 수를 늘릴수록 전체 시스템의 큐비트 수가 비례해 증가하는 구조를 지향한다.

2027년·2029년 로드맵

IBM은 이번 극저온 모듈 플랫폼을 기반으로 2027년까지 프로그래밍 가능한 큐비트 1000개 이상을 갖춘 양자컴퓨터를 구축할 계획이다. 또한 연내 차세대 프로세서인 IBM 퀀텀 나이트호크를 해당 모듈에 탑재해 실제 운영 성능을 검증할 예정이다. 2029년 완공 목표인 IBM 퀀텀 스탈링 단계에서는 각 극저온 모듈에 수천 개 큐비트가 탑재될 것으로 예측된다. IBM은 별도로 오류 정정에 필요한 물리적 자원을 줄이는 새로운 오류 정정 코드와 효율적인 디코딩 기술도 병행 개발 중이다.

기술적 의미와 남은 과제

이번 연결 성공은 냉각 시스템의 모듈화 가능성을 처음으로 물리적으로 입증했다는 점에서 의미가 있다. 그러나 현 단계는 냉각 성능 검증에 그치며, 실제 양자 오류 정정 연산과 충실도 지표는 공개되지 않았다. 모듈 수 증가에 따른 열 관리, 배선 복잡도, 모듈 간 지연 등의 엔지니어링 과제는 앞으로 해결해야 할 구체적 문제로 남아 있다.