​IBM, 모듈형 양자 컴퓨터로 4000큐비트 이상 시스템 구현한다

2023년 1000큐비트급 범용 양자 프로세서 콘도르 출시 계획

병렬 컴퓨팅, 커플러 통한 프로세서 연결로 성능 스케일 아웃

양자 시대 새로운 보안 위협, 퀀텀 세이프로 양자 보안도 지원

IBM 양자 컴퓨터[사진=IBM]

IBM이 대규모 양자 컴퓨터 실용화를 위한 계획을 13일 발표했다. 이 로드맵은 최대 수 십만 큐비트(양자 컴퓨터 데이터 단위)의 IBM 양자 시스템을 만들어낼 수 있는 새로운 모듈식 구조와 연결망에 대한 상세한 계획을 포함하고 있다.

IBM은 앞으로 나올 대규모 큐비트 양자 컴퓨터가 양자 컴퓨터 실용화에 필요한 속도와 품질을 제공할 수 있도록 지능형 소프트웨어를 통해 작업을 효율적으로 배분하고 인프라 문제를 해결한다는 방침이다.

양자 컴퓨터 실용화 시대를 맞이하기 위해 IBM은 세 가지 부문에 노력을 집중하고 있다. 이는 △확장 가능한 양자 하드웨어 △강력한 양자 프로그램을 개발·조율하는 첨단 양자 소프트웨어 △양자 대응 조직과 커뮤니티로 구성된 광범위한 글로벌 생태계 등이다.

IBM은 2020년 양자 로드맵을 처음 발표한 이후, 127큐비트 프로세서 'IBM 이글(Eagle)' 등 타임라인을 실천해왔다. 또한, IBM은 컨테이너 방식의 양자 컴퓨팅 서비스와 프로그램 모델인 퀴스킷 런타임을 통해 분자 시뮬레이션 속도를 2017년 대비 120배 높였다. 올해 후반 IBM은 로드맵에 따라 433큐비트 프로세서인 'IBM 오스프리(Osprey)'를 선보일 예정이다.

2023년에는 핵심 양자 소프트웨어 스택에 서버리스 접근법을 도입하고, 개발자에게 향상된 단순성과 유연성을 제공하기 위해 클라우드에서 양자 컴퓨터 주요 기술을 사용할 수 있도록 추진한다. 하드웨어의 경우, IBM은 1000큐비트 이상의 범용 양자 프로세서인 'IBM 콘도르(Condor)'를 발표할 계획이다. 

◆모듈식 양자 컴퓨팅 도입...양자 프로세서 확장성 높인다
새로운 로드맵에 따르면, IBM은 양자 프로세서의 확장성을 위해 세 가지 방식을 취할 예정이다. 첫 번째는 여러 개의 프로세서가 병렬로 동작하는 기능이다. 두 번째는 단거리 연결 장치(커플러)로 프로세서를 연결하는 방식으로, 이를 통해 고성능 단일 프로세서를 만들고, 확장에 필수적인 모듈성을 제공할 계획이다. 세 번째는 양자 프로세서 간 양자 통신 링크를 제공하는 방식으로, IBM은 이를 위해 클러스터를 함께 연결하여 더 큰 양자 시스템을 구현하기 위한 양자 통신 링크를 제안했다.

IBM은 이 세 가지 기법을 모두 활용해 2025년까지 모듈식으로 확장된 프로세서로 만든 여러 개의 클러스터를 연결해 4000큐비트 이상의 프로세서를 개발하는 것을 목표로 하고 있다.

◆양자 중심 슈퍼 컴퓨터 기반도 구축
IBM의 로드맵은 하드웨어 혁신과 더불어, 오류 억제와 완화 등 소프트웨어 발전에 대한 이정표도 포함하고 있다. 올해 초 IBM은 알고리즘에 사용되는 일반적인 양자 하드웨어 질의(쿼리)를 사용하기 쉬운 인터페이스로 압축하는 '퀴스킷 런타임 프리머티브(Qiskit Runtime Primitive)'를 출시했다.

퀴스킷 런타임 프리머티브는 2023년 없는 양자 컴퓨팅(퀀텀 서버리스)을 제공하려는 IBM의 목표를 지원한다. IBM은 퀀텀 서버리스를 통해 기존 컴퓨터와 양자 컴퓨터를 연계해 양자 컴퓨팅 주요 기능을 지원하고, 양자 중심 슈퍼 컴퓨터 기반을 구축할 계획이다.

또한 이러한 시스템은 'IBM 퀀텀 시스템 투(Quantum System Two)' 안에서 작동하도록 설계한다. IBM 퀀텀 시스템 투는 기술 단계의 모든 계층에 모듈성과 유연성을 제공하고, 여러 개의 양자 프로세서를 연결하는 데 필요한 인프라를 제고한다. 초기 버전은 2023년 가동이 목표다.

◆회복 탄력성 위한 양자 보안도 도입
IBM은 오늘 발표에서 사이버 회복 탄력성을 한 차원 높여, 미래의 보안 위협으로부터 데이터를 보호하겠다는 의지를 밝혔다. 양자 컴퓨팅의 발전으로 사이버공격자는 이전과는 다른 형태의 공격을 펼칠 수 있다. 

IBM은 모든 데이터에 양자 보안 적용을 위해 미국 국립 표준 기술 연구소(NIST)뿐만 아니라 학계, 산업 파트너와 협력하고 있다. IBM은 양자 시대에 고객 데이터를 보호하기 위해 IBM 퀀텀 세이프(Quantum Safe)의 암호화 기술 포트폴리오와 전문 컨설팅을 발표할 예정이다. IBM의 퀀텀 세이프 포트폴리오는 교육, 전략적 가이드, 위협 평가 및 신속한 양자 보안 암호화로의 전환 등으로 고객을 지원한다.