Microsoft·Atom Computing, 상용 시스템 최초 논리 큐비트 24개 얽힘 달성

중성 원자 큐비트의 구조적 강점

Atom Computing은 레이저로 중성 원자를 배열에 고정해 큐비트로 활용한다. 중성 원자는 전하가 없어 수 마이크론 간격으로 고밀도 배치가 가능하고, 원자 간 이동이 허용돼 이른바 전체 연결성(all-to-all connectivity)을 구현할 수 있다. 또한 외부 잡음에 대한 민감도가 낮아 오류 수정에 필요한 높은 충실도를 확보하는 데 유리하다. Atom Computing은 두 큐비트 게이트 충실도 99.6%를 달성했다고 발표했는데, 이는 상용 중성 원자 시스템 가운데 최고 수준으로 알려졌다.

논리 큐비트 생성과 얽힘 기록

Microsoft의 큐비트 가상화 시스템을 Atom Computing의 물리 큐비트에 적용한 결과, 논리 큐비트 24개가 생성됐으며 이를 GHZ(고양이) 상태로 얽는 데 성공했다. 이는 상업용 시스템에서 얽힘 상태를 달성한 논리 큐비트 수로 역대 최다 기록이다. 얽힘의 증거로는 오류율이 얽힘 판정 기준인 50% 문턱값을 명확히 밑돈다는 점이 제시됐다. 손실만 탐지했을 때 논리 큐비트의 오류율은 10.2%로, 물리 큐비트 기준값(42%) 대비 4.1배 개선됐다. 손실 탐지와 수정을 함께 적용한 경우에는 오류율 26.6%를 기록해 물리 큐비트 대비 1.6배 나은 결과를 보였다.

Bernstein-Vazirani 알고리즘 실증

물리 큐비트 112개로 구성된 논리 큐비트 28개를 사용해 Bernstein-Vazirani 알고리즘 기반의 실제 연산을 수행했다. 논리 큐비트로 수행한 연산 결과가 물리 큐비트 단독 연산보다 정확한 해를 산출함으로써, 오류 수정이 실질적인 계산 품질 향상으로 이어질 수 있음을 실증했다. 또한 중성 원자 시스템에서 큐비트 손실 수정을 상용 장비로 구현한 것은 이번이 처음이라고 양사는 밝혔다.

상용 제품 구성과 향후 전망

이번에 출시된 제품은 Atom Computing의 하드웨어, Microsoft의 큐비트 가상화 시스템, 그리고 AI·고성능컴퓨팅(HPC) 통합 플랫폼인 Azure Elements를 묶은 패키지다. Azure Elements에는 생성형 AI를 화학 연구에 적용하는 Generative Chemistry와 밀도 함수 이론(DFT) 계산을 가속하는 Accelerated DFT가 포함된다. 양자 컴퓨터가 생성한 데이터를 AI 모델 훈련에 활용하는 파이프라인도 지원 범위에 포함된다. 주문은 2024년 11월 19일부터 가능하며 납품은 2025년 예정이다. 다만 현 단계에서 논리 큐비트 수와 오류율이 실용적 양자 이점(scientific quantum advantage) 달성에 충분한 수준인지에 대해서는 추가 검증이 필요하다.