IBM Nighthawk r2 QPU 출시, 소산 방식 리셋으로 회로 처리량 25배 향상

소산 방식 큐비트 리셋의 구조

기존 IBM QPU 세대는 회로 재실행 전 큐비트를 초기화할 때 π-펄스와 측정 사이클을 조합한 조건부 리셋 방식을 사용했다. 이 과정에서 큐비트 상태 누설을 막기 위해 수백 마이크로초 수준의 대기 시간이 불가피했다.

Nighthawk r2는 각 프로그래머블 큐비트마다 전용 소산 리셋 소자를 1대1로 짝지어 배치하는 방식으로 이 문제를 해결했다. 리셋 커플러를 활성화하면 해당 큐비트가 냉 환경(cold bath)과 연결되면서 유효 완화 시간(T1)이 기존 약 200 마이크로초에서 약 25 나노초로 급감한다. 회로 간 유휴 시간은 최소 1 마이크로초까지 줄어든다.

초기화 오류 저감과 게이트 충실도 유지

소산 방식 냉각은 초기화 오류를 기존 대비 약 25배 억제하면서도, 2큐비트 게이트 오류율은 Heron 세대 수준인 레이어당 약 3×10⁻³을 유지한다. 총 120개의 독립 리셋 소자(보조 소자 포함 총 458개)가 탑재됐으며, 이웃 큐비트에 열적 교란을 최소화하는 이웃 안전(neighbor-safe) 냉각 설계를 적용해 미드-서킷 리셋이 시공간 양자 오류 정정(QEC) 검사에 활용 가능한 구조를 갖췄다.

218개 큐비트 간 커플러로 구성된 정방 격자(square-lattice) 구조는 고동적범위 가변 커플러와 결합해 처리량을 극대화한다. 결과적으로 초당 최대 회로 처리 건수는 10만 건 이상으로, 기존 Heron QPU 군의 약 4,000건 대비 25배에 달한다.

로드맵 목표 달성과 고전 초월 계산 시연

IBM 연구진 Holger Haas, David McKay, Robert Davis가 주도한 검증 실험에서 Nighthawk r2는 7,500게이트 이상으로 구성된 회로에서 확률적 오류 증폭(PEA) 기법을 통해 관측값을 정확하게 추정하는 데 성공했다. 이는 IBM의 2026년 양자 로드맵에 명시된 핵심 목표 중 하나다.

시카고대학교(UChicago)와 공동 개발한 도핑 클리퍼드 샘플링 이점 실험을 통해서는 고전 컴퓨터의 계산 능력을 넘어서는 계산 유용성도 시연했다.

실용 응용 벤치마크와 향후 일정

실제 물리 시뮬레이션 분야에서 Nighthawk r2는 중성자 산란 시뮬레이션을 60초 안에 수행해 직접 실험실 비교가 가능한 물질 스펙트럼을 생성했으며, 이는 기존 대비 12배 빠른 속도다. 해당 프로세서는 IBM Quantum Platform을 통해 접근할 수 있으며, 기술 세부 내용을 다루는 웨비나가 2026년 9월 10일 예정되어 있다.

다만 원문은 7,500게이트 이상 실행이라는 로드맵 목표 달성을 강조하지만, 오류 정정 임계값 이하 실용 계산까지의 거리나 실제 산업 응용 가능성에 대한 구체적 수치는 제시하지 않고 있어 해석에 유의가 필요하다.