사상 처음으로 비-아벨리안 위상학적 양자 물질 생성하고 애니온 브레이드 형성
위상학적 큐비트를 위한 비-아벨리안 애니온의 제어된 생성 및 조작을 통해 범용 내결함성 양자 컴퓨팅으로 가는 과정에서 중요한 단계에 올라
브룸필드, 콜로라도주, 2023년 5월 11일 /PRNewswire/ -- Quantinuum이 내결함성(Fault-tolerant) 양자 컴퓨팅을 위한 중요한 단계에 올라섰다고 발표했다. 이번 성과는 지금까지 역대 최고 성능을 자랑하는 양자 컴퓨터인 Quantinuum의 System Model H2[https://www.quantinuum.com/hardware/h2 ]의 출시에 힘입은 것이다.
Quantinuum의 H2 양자 프로세서(Powered by Honeywell)가 공식 출시되기까지 다양한 글로벌 파트너와의 광범위한 사전 출시 작업이 있었으며, 공식 출시를 위해서는 비-아벨리안(Non-Abelian) 애니온(Anyons)의 통제된 생성 및 조작이 필수였다. 비-아벨리안 애니온의 정밀한 제어는 내결함성 양자 컴퓨터를 위해 위상학적 큐비트(Topological qubit)를 사용하는 데 필요한 과정이라는 것이 정설로 여겨지고 있다.
Quantinuum의 사장 겸 COO인 Tony Uttley는 "자사는 2세대 시스템인 H2를 통해 양자 컴퓨팅의 새로운 단계에 진입하고 있다"라며 "H2는 양자 컴퓨터만이 해낼 수 있는 가치 있는 결과를 얻을 기회를 반영하며, H2 프로세서의 개발은 범용 내결함성 양자 컴퓨팅으로 나아가는 데 있어 중요한 단계"라고 설명했다.
이어 그는 "이번 시연은 H-Series 하드웨어 로드맵의 강력한 성능을 입증하는 훌륭한 증거이며, 기존 컴퓨터로는 해결할 수 없었던 문제를 해결할 수 있도록 고객을 지원하는 자사의 주요 목표를 강화하는 것"이라면서 "이 기술이 사회에 미치는 영향은 어마어마하며, 이 기술이 세상을 어떻게 변화시킬지 몹시 기대가 크다"고 말했다.
Quantinuum의 과학자들은 하버드대학교 및 캘리포니아 공과대학교(Caltech)의 연구원들과 공동으로 H2에 대한 첫 번째 실험을 수행했다. 그중 하나는 새로운 물질 상태, 즉 비-아벨리안 위상학적 순서 상태를 나타냈다. 이는 Quantinuum 이 뮌헨에 본사를 두고 Henrik Dreyer 박사가 주도하는 핵심 팀과 함께 수년간 비밀리에 추구한 분야다.
H2 프로세서의 차별화된 기능과 정밀한 제어에 따라, 실시간으로 특성을 정밀하게 제어할 수 있는 방식으로 위상학적 상태(즉, 게이트 용량이 제한된 큐비트)가 생성되며, 비-아벨리안 애니온의 생성, 브레이딩 및 소멸(측정)을 보였다.
arXiv[https://arxiv.org/abs/2305.03766 ]에서 제공된 상세한 과학 논문의 사전 인쇄본을 통해 발표된 결과에서는 Quantinuum의 작업이 자세히 소개됐다. 이 연구는 고전적인 컴퓨터만으로는 불가능했을 응집물질(Condensed matter) 물리학 내에서 흥미진진한 새로운 연구 분야를 개척했다. 다른 QEC 코드(https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.11.041058 및 https://arxiv.org/abs/2208.01863 참조)와 함께, 이번 성과는 Quantinuum의 하드웨어가 내결함성을 위한 최선의 경로를 입증하는 것은 시간문제라는 것을 시사한다.
Quantinuum의 창립자이자 최고제품책임자(CPO)인 Ilyas Khan은 "내결함성 양자 컴퓨팅은 자사의 궁극적인 목표"라며 "양자 컴퓨팅 분야에서 자사의 세계적 리더십은 계속해서 실제 발전을 통해 입증되고 있으며, 위상학적 큐비트를 생성하기 위해 비-아벨리안 애니온을 생성 및 조작하는 이번 결과는 뛰어난 사람들에게 놀라운 도구가 주어졌을 때 그와 관련된 놀라운 발견을 할 수 있다는 것을 보여준 또 하나의 사례"라고 말했다. 이어 그는 "이는 양자 컴퓨팅 산업에서 엄청난 변화를 몰고 올 사건이 될 수 있다"면서 "자사가 내결함성 양자 컴퓨팅을 향한 중요한 단계인 위상학적 큐비트를 구축하기 위한 기계 도구로 양자 컴퓨터를 사용했다는 사실은 양자 시스템이 다른 양자 시스템에 의해 가장 잘 탐구되고 생성된다는 자사의 오랜 믿음에 대한 추가 증거"라고 설명했다. 또한, "이는 양자 컴퓨팅에 대한 기반으로 자주 인용되는 바로, 리처드 파인먼의 유명한 발언과도 정확히 일치한다"고 덧붙였다.
그러면서, "자사는 이 중요한 혁신을 기반으로 앞으로의 발전을 기대하고 있다"라며, "지금은 업계 전체적으로 매우 흥미진진한 시기이며, 자사는 세계와 공유하고 싶은 몇 가지 추가적인 이정표를 기대하고 있다"고 부연했다.
H2의 혁신
H2는 완전 연결된 32개의 고충실도(High-fidelity) 큐비트와 System Model H1의 선형 설계를 발전시키는 완전히 새로운 아키텍처(타원형 모양이 '레이스 트랙'과 유사한 새로운 이온 트랩 포함)를 갖추고 있다. Quantinuum은 기록상 최대 규모인 32큐비트 GHZ 상태(32큐비트가 전체적으로 모두 얽힌 비고전적 상태)를 시연함으로써 H2의 기능을 선보였다.
System Model H2의 고유한 '레이스 트랙' 설계는 큐비트 간의 완전 연결을 가능하게 한다. 이는 H2의 모든 큐비트가 시스템의 다른 큐비트와 쌍으로 직접 얽힐 수 있다는 의미다. 이를 통해 단기적으로는 알고리즘의 전체 오류를 줄일 수 있고, 장기적으로는 새롭고 더 효율적인 오류 수정 코드에 대한 추가 기회를 제공한다. 이와 같은 2가지 측면은 모두 양자 컴퓨팅의 기능을 지속해서 가속화하는 데 매우 중요한 역할을 한다. 이와 함께, 통제된 비-아벨리안 애니온의 시연까지 더해진 통합적 성과는 위상학적 양자 정보 저장 및 처리에서 매우 중요한 단계로의 진입을 의미한다.
또한, 새롭게 설계된 H2는 이온 트랩 장치의 확장 가능성도 보여준다. H2는 양자 전하 결합소자(Quantum Charge Coupled Device, QCCD) 아키텍처에서 이온 트랩의 확장 파워를 시연할 뿐만 아니라, 성능을 유지하면서 큐비트 수를 동시에 확장할 기능을 보여준다. 또한, H2는 후속 세대의 추가 확장을 위한 기반을 마련하는 새로운 기술도 갖추고 있다. H2는 1세대 시스템과 유사하게 제품 수명주기 전반에 걸쳐 향후 업그레이드를 수용할 수 있도록 설계됐는데, 이는 큐비트의 수와 품질이 모두 향상될 수 있음을 의미한다.
Quantinuum H-Series의 검증된 토대 위에 구축된 System Model H2는 전체적인 연결, 큐비트 재사용, 조건부 논리를 사용한 중간 회로 측정, 업계를 선도하는 고충실도 큐비트 작업 및 긴 결맞음(Coherence) 시간 등 다른 유형의 양자 컴퓨터와 총체적으로 구별되는 수많은 특징을 갖추고 있다. 또한, 반복적으로 증가하는 양자 볼륨(Quantum Volume, QV) 기록을 달성하기 위한 System Model H1의 인상적인 성능 향상은 H2에서도 계속될 전망이다. H2는 양자 볼륨 65,536으로 출시되는데, 이는 올 2월 H1-1을 사용해 발표한 최종 기록을 능가하는 수치다.
현재 H2의 가용성
주요 혁신 외에도, H2는 이미 다양한 조직과 회사에서 진행되는 실험적 연구에 적극적으로 활용되고 있으며, 다음과 같은 주목할 만한 결과를 얻고 있다.
이러한 최근 연구는 여기[https://quantinuum.com/hardware/h2#projects ]에서 개별 기술 문서로도 제공된다. H2 기능, 벤치마킹 및 다른 하드웨어와의 비교를 설명하는 별도의 출판된 논문과 양자 얽힘 세계 기록에 대한 세부 정보는 여기[https://arxiv.org/abs/2305.03828 ]에서 확인할 수 있다. 모든 기술 논문은 과학적 피어 리뷰 프로세스에 제출될 예정이다.
H2는 현재 Quantinuum의 클라우드 기반 액세스를 통해 사용할 수 있으며, 6월부터는 Microsoft Azure Quantum을 통해서도 사용할 수 있다. 또한, 양자 컴퓨팅 시뮬레이션 워크플로를 가속화하는 데 도움이 되는 최적화된 라이브러리 및 도구인 NVIDIA의 cuQuantum SDK를 통해 H2의 노이즈 정보 에뮬레이터를 사용할 수 있다.
Quantinuum의 CEO Rajeeb (Raj) Hazra 박사는 "인간의 지식과 과학적 진보의 경계를 넘어설 수 있는 양자 컴퓨터가 여전히 미래에나 가능한 일이라고 생각했던 사람에게 오늘은 하나의 전환점이 되는 날"이라며 "세계 최고 수준의 과학자팀이 Quantinuum의 H2 양자 컴퓨터를 사용해 이전에는 불가능했던 것을 달성했다"고 말했다. 이어 그는 "H2는 Quantinuum에 획기적인 순간을 제공한다"면서 "H2 양자 프로세서 및 관련 소프트웨어로 구동되는 2세대 양자 컴퓨터는 오늘날 업계 최고의 성능을 제공하는 동시에 내결함성 양자 컴퓨팅으로 가는 길을 가속화하기 위한 토대를 마련했다"고 덧붙였다.
Quantinuum 소개
Quantinuum은 Honeywell Quantum Solutions의 세계 선도적인 하드웨어와 Cambridge Quantum의 동급 최고 미들웨어 및 애플리케이션의 결합으로 설립된 세계 최대 규모의 독립형 양자 컴퓨팅 회사다. 과학 주도적이고 기업가 정신에 기반을 둔 Quantinuum은 화학, 사이버 보안, 금융 및 최적화 전반에 걸쳐 양자 컴퓨팅과 애플리케이션 개발을 가속화한다. Quantinuum은 에너지, 물류, 기후변화 및 보건 등의 분야에서 세계에서 가장 시급한 문제를 해결하기 위한 확장 가능하고 상업적인 양자 솔루션을 만드는 데 주력하고 있다. Quantinuum은 미국, 유럽 및 일본의 8개 현장에서 350명 이상의 과학자 및 엔지니어를 포함해 480명 이상의 직원을 고용하고 있다. 더 자세한 내용은 웹사이트 http://www.quantinuum.com에서 확인할 수 있다.
Honeywell 상표는 Honeywell International Inc.의 라이선스 하에 사용된다. Honeywell은 본 서비스와 관련해 어떠한 진술이나 보증도 하지 않는다.
사진: https://mma.prnasia.com/media2/2072513/Quantinuum_H2_Angle_2.jpg?p=medium600
