구글, 윌로우로 양자 컴퓨팅의 이정표 달성
양자 기술 분야에서 중요한 진전을 이룬 구글은 최근 최초로 검증 가능한 양자 이점을 발표했습니다.혁신적인 윌로우(Willow) 양자 프로세서를 활용하여 퀀텀 에코(Quantum Echoes)라는 획기적인 알고리즘을 선보였습니다.이 정교한 알고리즘은 기존 슈퍼컴퓨터보다 13, 000배 더 빠르게 작동하며, 재현 가능할 뿐만 아니라 교차 검증도 가능한 결과를 제공합니다.이러한 성과는 화학, 생물학, 재료 과학 등의 분야에서 혁신적인 발전을 위한 길을 열어줄 수 있습니다.
분자 분석에 대한 새로운 접근 방식
이 획기적인 실험을 위해 구글은 UC 버클리 연구진과 협력하여 양자 에코(Quantum Echoes) 알고리즘을 구현하여 분자 분석을 수행했습니다.연구진은 두 가지 분자, 즉 15개의 원자로 구성된 분자와 28개의 원자로 구성된 분자에 집중했습니다.놀랍게도 양자 계산 결과는 기존의 핵자기공명(NMR) 결과와 거의 일치했습니다.양자 에코 알고리즘은 기존 NMR 기법으로는 일반적으로 놓치기 쉬운 새로운 구조적 통찰력도 발견했습니다.
이 혁신적인 방법론은 표준 과학 도구로는 측정하기 어려웠던 거리와 구조적 특성을 측정할 수 있기 때문에 “분자 자”라는 별명이 붙었습니다.
양자 에코의 작동 방식
구글 연구팀 이 언급했듯이, 양자 에코 알고리즘은 양자 시스템의 역학을 계산하는 데 전례 없는 수준의 정밀도를 사용합니다.이 기술은 양자 장치 내에서 “에코를 듣는” 것과 유사한 과정을 거칩니다.이 과정에서 정교하게 설계된 신호가 큐비트 네트워크를 통해 전송되어 연구자들은 하나의 큐비트를 교란시키면서 시스템의 진화 과정을 역전시켜 되돌아오는 에코를 감지할 수 있습니다.이 에코를 보강 간섭을 통해 증폭함으로써, 교란이 칩의 105개 큐비트 배열을 통해 어떻게 전파되는지에 대한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
이전 연구를 기반으로 한 발전
구글의 퀀텀 에코 알고리즘은 기존에 확립된 벤치마크인 랜덤 회로 샘플링(Random Circuit Sampling)을 기반으로 합니다.랜덤 회로 샘플링이 단순한 계산 복잡성을 보여주는 반면, 퀀텀 에코는 ‘검증 가능성’을 통합하여 이를 더욱 발전시킵니다.이 중요한 기능 덕분에 유사한 성능의 다른 양자 컴퓨터에서도 결과를 재현할 수 있으며, 이는 이전 알고리즘이 달성하지 못했던 중요한 이정표입니다.
버드나무의 진화
이 획기적인 성과는 2024년 말에 출시된 구글의 윌로우(Willow) 칩을 통해 이루어진 발전을 보여주는 증거이기도 합니다.윌로우는 양자 컴퓨팅의 가장 고질적인 과제 중 하나를 해결하며 오류 억제에 있어 상당한 발전을 이루었습니다.윌로우의 설계는 복잡하고 정밀성이 요구되는 알고리즘을 실행하는 데 필수적인 매우 낮은 오류율을 유지하면서도 빠른 작업을 가능하게 합니다.
개념 증명에서 실제 응용 프로그램까지
2019년, 구글의 이전 칩인 시카모어(Sycamore)는 “양자 우월성(quantum supremacy)”으로 알려진 기술을 선보였습니다.하지만 이는 주로 매우 구체적인 작업에 초점을 맞춘 개념 증명(proof of concept)에 불과하여 실제 적용이 제한적이었습니다.이와 대조적으로, 윌로우(Willow)는 실제 사용 사례에 대한 양자 검증 가능성을 확립하여 이론과 실제 적용 간의 간극을 효과적으로 메우는 것을 목표로 합니다.
양자 컴퓨팅에 대한 회의론 극복
양자 컴퓨팅은 기존 컴퓨팅과 비교 가능한 신뢰할 수 있는 결과를 도출할 수 있다는 점에서 역사적으로 회의적인 시각을 받아왔습니다.최근 구글 팀이 검증 가능한 양자 이점을 시연함으로써, 양자 컴퓨터가 실제로 반복 가능하고 과학적으로 타당한 결과를 제공할 수 있다는 것을 입증하는 데 있어 중요한 장벽이 극복되었습니다.
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