Pasqal, 광자집적회로로 중성원자 개별 포획 세계 최초 시연

무엇을 시연했나

중성원자 양자컴퓨터는 고도로 집속된 레이저 빔, 즉 광학 트위저를 이용해 큐비트 역할을 하는 원자 하나하나를 포획하고 제어한다. 이번 시연에서 Pasqal은 Aeponyx와 공동 개발한 단일 PIC 칩으로 광학 트랩 4개를 생성하고, 양자 처리 장치 내부에서 루비듐 원자 4개를 각각 붙잡는 데 성공했다. 회사 측은 광자 칩에서 나온 포획 광으로 중성원자 양자컴퓨터 안에서 실제 원자를 잡은 것은 이번이 처음이라고 밝혔다.

성능 비교: 기존 대형 광학계와 동등

이번 PIC 기반 구성에서 측정된 원자 수명은 약 27.5초로, Pasqal이 기존에 사용하던 벌크 광학계 시스템과 대등한 수준이다. 충실도(fidelity) 측면에서 큰 손실 없이 칩 통합에 성공했다는 점에서, 집적 광자공학이 중성원자 프로세서의 실질적인 구성 요소로 기능할 수 있음을 보여준다. 이번 성과는 Pasqal이 Aeponyx를 인수한 지 18개월 만에 달성됐다.

규모 확장이 핵심 과제였던 이유

현재의 중성원자 시스템은 원자 수가 늘어날수록 광학 하드웨어의 복잡도가 급격히 증가해, 실험실 규모의 대형 광학 벤치를 필요로 한다. Pasqal이 목표로 하는 1만 개 이상의 원자·100개 논리 큐비트 수준에서는 이 방식이 제조와 공간 측면 모두에서 현실적 장벽이 된다. PIC 기반 플랫폼은 광학 풋프린트를 최대 50배 줄일 수 있도록 설계됐으며, 이는 프로토타입에서 양산 단계로 이행하는 데 유리한 조건을 형성한다.

기술적 맥락과 한계

Aeponyx의 실리콘질화물 광자 기술을 기반으로 레이저 빛의 생성·라우팅·제어를 칩 위에서 직접 수행하는 것이 이번 개발 프로그램의 큰 그림이다. 다만 현재 시연은 4개 트랩·4개 원자에 불과해, 목표치인 1만 개 원자와의 격차가 여전히 상당하다. 큐비트 수를 수천 개 단위로 늘렸을 때 PIC의 신호 무결성, 열 관리, 제조 수율이 실제로 유지되는지는 향후 검증 과제로 남아 있다.

산업적 의미

이번 시연은 Pasqal이 퀀텀 스택의 핵심 하드웨어 계층을 자체적으로 보유하겠다는 수직 통합 전략의 일환이다. 광자 집적화가 실용화될 경우 중성원자 시스템의 물리적 부피와 조립 비용을 크게 낮출 수 있어, 상용 내결함성 양자컴퓨터 실현을 위한 제조 기반 구축에 직접적인 영향을 미칠 수 있다.