양자컴퓨터 해외 연구동향

[사무국]

한국전자통신연구원 양자기술연구본부 · 박성수

  양자컴퓨터는 미국, 중국, 영국, 일본, 네덜란드, 독일 등에서 집중적으로 연구하고 있는데, 큐비트 개수, 결맞음시간, 에러율 등에서 장단점이 있어서 이를 해결하고자 여러 가지 방식으로 경쟁을 벌이고 있는 형국이다.

1. 미국의 양자컴퓨터 연구 동향

○ 초전도, 이온덫, 중성원자, 반도체 양자점, 광양자 등 거의 모든 방식에 대해 연구하고 있고 세계 최고의 수준을 보인다. IBM은 2022년 10월 433개 초전도 큐비트 단일 칩을 발표했고, 2023년 말에는 1,121큐비트 단일칩 및 133큐비트 칩의 외부 연결을 통한 확장 기술을 선보이는 등 26년 이후에 10만 개 큐비트를 보여주겠다고 한다. 같은 초전도 방식인 구글도 2029년 정도에 1백만 개 큐비트를 만들겠다고 한다. IonQ사는 이온덫 32개 큐빗, QuEra사는 중성원자 256개를 잡았고, 향후 PsiQuantum사는 광양자 컴퓨터, 인텔은 십만 개 반도체 양자점 큐비트을 보여주겠다고 한다.

○ 특히, 2016년부터 양자컴퓨터 클라우드 서비스를 해온 IBM은 현재까지 18개에 달하는 양자컴퓨터를 투입하고 46만 명 사용자가 1,750편의 논문을 작성하였다고 한다. 또한, MS, 아마존 등에서도 IonQ, D-Wave 등의 양자컴퓨터를 임차하여 클라우드 서비스를 실시하는 등 미국은 양자컴퓨팅 분야에서는 가장 앞서나가고 있다.

2. 중국의 양자컴퓨터 연구 동향

○ 2019년 구글이 증명한 양자 우월성을 2년 후 66개 초전도 큐비트로 증명해 보여 세계를 놀라게 하였다. 2017년 설립된 오리진퀀텀사는 모든 기술을 자체 개발하고 있으며 64큐비트 초전도 칩을 탑재한 양자컴퓨터 개발 중이다. 알리바바, 텐센트, 화웨이 등에서도 클라우드 서비스를 제공 중이다. 또한, Qike사 등은 최근 이온덫 방식에서도 성과를 내고 있다.

3. 유럽, 일본 등의 양자컴퓨터 연구 동향

○ 유럽은 2016년부터 유럽 31개국이 참여하는 QuantERA 프로그램이 진행 중이고, 2018년부터 EU Quantum Flagship 프로그램이 진행되고 있다.

○ 네덜란드 델프트공대는 반도체 양자점, 초전도 회로, 위상 큐비트 등을 연구 중으로, 초전도 회로와 반도체 양자점은 인텔의 큐비트 기술로 제공되고 있다. 2018년 네이처 논문을 낸 위상 큐비트는 마이크로소프트에 기술 제공되었으나 논문에서 데이터조작 협의가 인정되어 2020년 철회되는 등의 일이 있었다. 현재 마이크로소프트는 덴마크의 닐스보어연구소와도 공동연구 중에 있다.

○ 영국은 2014년부터 옥스퍼드대학에 이온덫 방식 위주의 양자컴퓨팅 허브에서 연구 중이고, 최근 광양자 컴퓨팅 벤처로 ORCA, Wave Photonics, Daulity Quantum Photonics 등이, 실리콘반도체 큐비트에 Quantum Motion이 생겨났다.

○ 독일은 율리히연구소, 아헨공대 및 스위스 취리히공대는 17큐비트 초전도 양자컴퓨터를 데모하였고 율리히 슈퍼컴퓨팅센터는 2022년 D-Wave 어닐러와 슈퍼컴퓨터를 연결하였고, 프랑스 Pasqal 사가 개발 중인 200개 중성원자 양자 시뮬레이터와의 연결도 추진하고 있다.

○ 프랑스는 그레노블 지역의 LETI, CNRS-NEEL, CEA-INAC이 협동으로 300mm 웨이퍼에 Si CMOS 큐비트를 연구 중이다. 산업표준인 CMOS 공정을 통해 수천만 개 큐비트가 필요한 상황에서는 가격/비용이 큐비트를 선택하는 기준이 될 수 있기 때문이다.

○ 핀란드는 전 세계를 석권한 Bluefors라는 극저온냉각기 제조사를 갖고 있으며 IQM은 초전도 5큐비트 양자컴퓨터를 개발하였고, VTT, 헬싱키대학, 오울루대학 등 연구 중이다.

○ 일본은 세계 최초의 초전도 큐비트를 만든 동경대학 나까무라 교수는 초전도 64큐비트 칩을 개발하였다.

필자소개
ETRI 양자기술연구본부 책임연구원(현)
한림대학교 나노융합스쿨 겸임교수
UC Irvine 전기전자컴퓨터공학과 방문연구원
과학기술연합대학원대학교 컴퓨터공학과 교수