표준연, 20큐비트 초전도 양자컴퓨팅 클라우드 서비스
양자클라우드 환경서 원격 접속...설계된 양자연산 수행

클라우드 서비스 시연에 성공한 20큐비트급 초전도 양자컴퓨팅 시스템.

20큐비트급 초전도 양자컴퓨팅 시스템 클라우드 모식도

20큐비트급 초전도 양자컴퓨팅 시스템이 구축된 표준연 연구실 전경.

외부에 있는 사용자가 웹 브라우저를 통해 양자 컴퓨팅 클라우드(K-Q Cloud) 플랫폼에 접속했다. 국내 유일의 양자 클라우드 서비스를 제공하기 위해 구축된 이 플랫폼은 국내에서 개발한 초전도 회로 기반의 양자컴퓨터와 고전 수치해석 기반의 양자회로 에뮬레이텨(가상머신)를 손쉽게 사용할 수 있는 환경을 제공한다.

발급 받은 계정으로 사용자가 K-Q Cloud 플랫폼에 로그인하자, 직접 작업을 할 수 있는 '주피터 랩'이 생성됐다. 주피터 랩은 사용자가 양자 알고리즘을 입력하거나, 업로드할 수 있는 인터페이스 화면으로, 본인의 목적과 용도에 맞게 양자 알고리즘을 설계할 수 있도록 돕는다. 사용자는 인터페이스에서 제공하는 다양한 양자 알고리즘 설계 도구를 활용해 양자 알고리즘 설계를 마치고, 설계된 양자 회로를 전송했다.

그러자, 실제 20큐비트급 초전도 양자프로세서에서 양자 게이트가 실행되고, 큐비트 간 상호작용을 통해 양자계산이 실제로 수행됐다.

플랫폼에서는 실제 20큐비트 양자컴퓨팅으로 양자 알리즘을 실행하기 전에 양자 에뮬레이터(양자컴퓨팅의 작동 환경을 모방한 가상 환경인 )에서 양자 계산을 먼저 테스트할 수도 있다.

양자 계산이 완료되자, 계산 결과가 사용자의 대시보드에 실시간으로 보여졌다. 이후 역연산 기법을 사용해 측정 오류 완화 등 후처리 과정을 거쳐 최종 결과가 제시된다. 세 차례에 걸쳐 진행된 양자 계산 결과는 모두 1분 안에 끝났고, 성공적으로 수행됐다.

한국표준과학연구원이 지난 12일 대전 본원에서 성공적으로 수행한 20큐비트 초전도 양자컴퓨팅 시스템 클라우드 시연 모습이다. 이 시연은 사용자가 웹 서버를 통해 원격으로 대전 표준연 연구실에 있는 20큐비트 초전도 양자컴퓨팅에 접근한 뒤, 국내 양자 컴퓨팅 클라우드 플랫폼에 접속해 설계한 양자 회로를 계산하는 방식으로 이뤄졌다.

지난해 1월에 이어 두 번째 시연으로, 국산 양자컴퓨팅 상용화에 한 발짝 더 다가서는 계기가 됐다는 점에서 의미가 남달랐다.

이용호 표준연 초전도양자컴퓨팅시스템연구단장은 "양자컴퓨팅 시스템 클라우드는 양자컴퓨팅의 상용화를 위한 필수 인프라 중 하나"라며 "전용 설비가 갖춰진 실험실에서 소수 인원만 사용이 가능하던 양자컴퓨팅의 접근성을 크게 높여 양자컴퓨팅 상용화의 첫걸음이 될 것"이라고 평가했다.

양자컴퓨팅은 0과 1이 동시에 존재하는 중첩과 두 큐비트가 상태를 공유하는 얽힘 현상을 이용해 고전 물리학으로 설명할 수 없는 양자상태의 고유 특성을 이용해 기존 컴퓨터로 수 천 년 걸리는 복잡한 연산을 단 몇 분에 처리할 수 있는 '꿈의 컴퓨터'로 불린다. 이 때문에 AI, 신약개발, 기후 모델링, 금융분석, 물류·유통 등 다양한 분야에서 혁신을 가져올 게임 체인저로 각광받고 있다.

하지만 양자컴퓨팅을 구동하려면 양자프로세서(큐비트)와 극저온 냉각기, 고주파 회로장치, 초고감도 증폭기 등 복잡한 구조를 정밀 설계하고 구동하는 고도의 기술력을 갖춰야 한다.

표준연은 지난 2022년부터 '양자컴퓨팅 연구인프라 구축사업'을 총괄하며 성균관대, 울산과학기술원 등과 협업해 20큐비트급 초전도 기반 양자컴퓨팅을 표준연 연구실에 구축했다. 표준연은 시연을 위해 외부 사용자가 원격으로 표준연 양자컴퓨팅 시스템을 이용할 수 있도록 한국과학기술정보연구원(KISTI)에 전용 서버를 개설해 양자컴퓨팅 클라우드 환경을 구현했다.

외부 사용자가 웹 브라우저를 통해 클라우드 환경에 접속하고, 각자 목적에 맞는 양자 알고리즘을 설계해 양자컴퓨팅으로 전송하면 양자 프로세서에서 양자 회로가 실행돼 연산이 이뤄진다. 연산이 완료되면 측정오류를 교정하는 후처리 과정을 거쳐 최종 결과가 사용자에게 제공되는 방식이다.

현재 양자 클라우드 컴퓨팅 환경에는 최대 50명이 동시에 접속할 수 있다. 다만 양자컴퓨팅을 이용한 연산은 1회당 1개만 수행할 수 있다. 양자 알고리즘을 설계·전송하는 차례대로 수행된다.

연구팀은 하반기 국내 양자기술 분야 연구진을 대상으로 양자 클라우드 서비스를 시범 제공할 예정이며, 내년까지 양자컴퓨팅 시스템 규모를 50큐비트급으로 확대해 나갈 계획이다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr

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