Qruise·괴테대, NV 센터 5큐비트 QPU에서 단일 큐비트 충실도 99.8% 초과 달성

NV 센터 플랫폼과 협력 배경

NV 센터 큐비트는 긴 결맞음 시간, 상온 동작, 광학적 제어·판독이라는 특성 덕분에 초전도나 이온트랩과 구별되는 독자적인 플랫폼으로 주목받는다. XeedQ가 개발한 XQ1은 이 특성을 활용해 냉각장치나 복잡한 마이크로파 배선 없이 작동하는 5큐비트 휴대형 QPU다. 연구·교육용 접근성을 강조한 설계로, 괴테대 MSQC 그룹에 'Baby Diamond'라는 이름으로 설치되어 있다.

Qruise는 특정 하드웨어에 종속되지 않는 범용 소프트웨어 스택을 지향하며, 이번 협력은 그 전략의 일환으로 추진됐다. 제어 인터페이스로는 Quantum Machines의 OPX가 사용된다.

QruiseOS: 자동화 초기 구동과 워크플로 관리

Qruise의 운영체제 소프트웨어 QruiseOS는 Baby Diamond에 통합돼 ODMR(광학 검출 자기공명), Rabi 실험 등 기초 측정부터 게이트 보정, 토모그래피까지 포괄하는 실험 라이브러리를 제공한다. 사용자는 JupyterLab을 통해 임의 회로 작업을 제출하고, QruiseOS 대시보드에서 실험 이력과 현재 진행 상태를 확인할 수 있다. 이 자동화 구동 절차를 통해 단일 큐비트 게이트 충실도 99.8% 초과라는 결과를 얻었다.

QruiseML: 디지털 트윈 구축과 펄스 최적화

QruiseOS가 생성한 실험 데이터를 기반으로, Qruise의 머신러닝 소프트웨어 QruiseML은 시스템 전체의 미분 가능한 디지털 트윈을 구성했다. 이 트윈은 개별 큐비트, 큐비트 간 결합, 제어 전자장치의 불완전성까지 모델링한다. 이를 활용해 Rabi 주파수 변동에 강인한 단일 큐비트 X 게이트 제어 펄스를 최적화했으며, 시뮬레이션 결과와 실험 데이터가 잘 일치함을 확인했다. 향후 수개월 내에 직접 구동 및 간접 구동 방식을 모두 사용해 얽힘 게이트의 고충실도 구현에도 디지털 트윈을 확장 적용할 계획이다.

의미와 한계

이번 성과는 NV 센터 플랫폼에서도 초전도 큐비트 수준의 소프트웨어 자동화·최적화 워크플로가 적용 가능함을 보여주는 사례다. 특히 상온 동작이라는 하드웨어 특성이 연구·교육 접근성 측면에서 갖는 잠재력을 실증했다는 점에서 의미가 있다. 다만 현재 5큐비트 규모로 얽힘 게이트 충실도 수치는 아직 발표되지 않았으며, 다중 큐비트 연산 성능 검증은 향후 과제로 남아 있다.