Quantum Source, QS-LINK 발표…루비듐 원자 1개로 QPU 연결 시도 60배 절감

기존 인터커넥트의 구조적 한계

내결함성 양자컴퓨터를 구현하려면 단일 양자처리장치(QPU)에 탑재 가능한 수준을 훨씬 넘는 큐비트가 필요하며, 이를 위해 여러 QPU를 얽힘을 통해 연결하는 구조가 불가피하다. 종래의 두 광자 방식에서는 서로 다른 QPU에서 방출된 광자 두 개가 동시에 도달해야만 연결이 성사된다. 그런데 광자 전달 성공률이 1% 미만이어서, 두 광자가 같은 시도에서 동시 도착하는 경우는 1만 번에 한 번꼴에 불과하다. 이 낮은 성공률이 다중 QPU 확장의 병목이 되어왔다.

QS-LINK의 작동 원리

QS-LINK는 단일 루비듐 원자를 양자 메모리로 삼아 두 광자의 동시 도달 요건 자체를 없앤다. 첫 번째 QPU와의 얽힘이 수립되면 그 상태를 원자에 저장해 두고, 두 번째 QPU와의 얽힘이 성립할 때까지 기다리는 방식이다. 광자는 원자 공동(cavity)에서 반사되며 원자 상태에 따라 위상 변화를 얻고, 이 광자를 측정해 얽힘 수립 여부를 확인하는 준결정론적 게이트 구조를 갖는다. 두 광자가 서로 직접 상호작용하지 않으므로 광자의 특성이 동일할 필요도 없다. 이 덕분에 이온트랩·중성원자·초전도·광자 방식 등 종류가 다른 QPU도 표준 광섬유로 연결하는 하드웨어 무관 구조가 성립한다.

성능 예측과 전제 조건

분석 모델링 결과, 내결함성 아키텍처에 요구되는 초당 1만 쌍의 얽힘 생성에는 선형광학 방식으로 초당 약 1억 9,000만 번의 시도가 필요하지만 QS-LINK는 약 320만 번으로 충분하다고 회사 측은 밝혔다. 이 수치는 20나노초 내에 완료되고 효율 98.4%를 갖는 광자-원자 게이트를 전제로 도출됐으며, 현재 이온트랩 시스템이 달성 가능한 범위라고 설명됐다. 다만 전체 시스템에 대한 종단간 실험 시연은 아직 이루어지지 않았으며, 이것이 명시된 다음 단계다.

기술적 배경과 최근 실증

Quantum Source는 2021년 설립됐으며, 바이츠만 과학연구소에서 20여 년간 축적된 양자광학 연구를 토대로 한다. 수석 과학자 바라크 다얀 교수의 연구팀은 광자 기반 양자컴퓨팅의 핵심 약점인 광자 간 상호작용 부재 문제를 단일 포획 루비듐 원자 게이트로 해결하는 접근을 취해왔다. 이 게이트는 2025년 9월 공개된 얽힘 광자 상태 생성 엔진 ORIGIN의 핵심이며, ORIGIN을 바탕으로 하는 광자 양자컴퓨터 QS-ORBIT으로 이어진다. QS-LINK는 동일한 게이트를 QPU 연결이라는 별도 과제에 적용한 것이다. 2026년 7월에는 이스라엘 국방연구개발청과 협력해 비안정화 광섬유 1킬로미터 이상 구간에서 얽힘 광자쌍을 충실도 손실 없이 전송하는 데 성공한 바 있다.

한계와 산업적 맥락

이번 QS-LINK 발표는 모델링 기반 예측이며, 하드웨어 무관 구조를 활용하려면 연결 대상 QPU가 호환 가능한 광자를 방출해야 한다는 전제 조건이 따른다. 대규모 모듈형 양자컴퓨터 구현을 위한 인터커넥트 기술 경쟁이 본격화되는 시점에서, 회사는 자사 광자-원자 게이트 기술이 이 분야의 근본 병목을 해결하는 공통 인프라로 기능할 수 있다고 주장했다. 관련 논문 "Single-atom-based asynchronous photonic interconnect for scalable modular quantum computing"도 공개됐다.