맞춤형 양자 프로세서 유닛을 준비하세요

기술의 최첨단에서 개발하고자 하는 기업이라면, 바닥부터 많은 개발이 필요합니다. 양자 컴퓨팅 분야에서도 이는 여전히 사실입니다; 이 기술 분야에서 활동하고자 하는 기업들은 거의 모든 것을 처음부터 구축해야 합니다. 그러나 오늘날, 업계는 양자 장치 개발을 가속화하는 중요한 단계를 밟았습니다.

2022년 3월 28일, 네덜란드 회사 QuantWare는 관심 있는 고객이 맞춤형 25큐비트 양자 처리 장치 (QPU)를 구매할 수 있다고 발표했습니다. 이들이 Contralto라고 명명한 이 장치는 2021년 7월에 발표된 5큐비트 오프더쉘프 프로세서에 이은 것입니다. 회사는 맞춤형 Contralto 장치를 제작, 포장, 고객에게 단 30일 만에 배송할 수 있다고 주장합니다. 이는 가장 어려운 계산 문제들을 해결할 잠재력을 가진 신흥 산업에 있어 설득력 있는 전진입니다.

이 발표는 설득력이 있으며, 일반적으로 양자 장치의 아이디어도 마찬가지지만, 이러한 발표는 전반적인 양자 기술의 현재 상태와 비교해 평가되어야 합니다. 반도체 다이에 큐비트를 배치하는 것을 넘어서 여전히 해결해야 할 주요 도전과제들이 있지만, 업계는 결국 표준화와 상업화로 이어지는 고전 컴퓨터와 같은 익숙한 추세를 따르고 있습니다.

QuantWare의 25큐비트 양자 처리 장치

QuantWare의 새로운 Contralto 제품은 현재의 양자 컴퓨터와 인터페이스하기 위해 필요한 표준 패키징으로 제공됩니다. 이에는 시스템 내부/외부로 RF 신호를 전달하기 위해 패키지 상단에 배치된 동축 커넥터 배열이 포함됩니다. "표준 패키징"이라고 할 때, 우리가 말하는 것은 BGAs나 SOIC 구성 요소가 아니며, 새 프로세서는 아래에 보이는 패키지와 유사합니다.

이 제품이 멋진 평면 패키지로 제공된다고 해서 그냥 회로 기판에 올려놓을 수 있는 것은 아닙니다. 먼저 극복해야 할 몇 가지 도전이 있습니다:

• 큐비트로 양자 회로를 설계하는 방법을 여전히 알아야 합니다. 이것은 표준 프로세서에서 사용되는 전형적인 순차/조합 논리가 아닙니다.
• 이러한 장치는 극저온에서 작동하므로, 시스템의 일부를 적절한 온도로 유지하기 위해 극저온 냉각 장치가 필요합니다.
• 큐비트 상태를 탐색하는 데 필요한 제어 및 읽기 시스템은 포함되어 있지 않습니다. 현재 이 모든 것은 맞춤형 하드웨어로, 어느 것도 선반에서 구할 수 있는 하드웨어가 아닙니다.

아직 양자 스마트폰용 칩을 구매할 단계는 아니지만, 이것은 업계에 중요한 발전을 나타내며 양자 프로세서가 고전 프로세서와 유사한 개발 및 상업화 추세를 따를 수 있음을 보여줍니다.

이 모든 것은 질문을 불러일으킵니다. 25큐비트로 무엇을 할 수 있나요? 이것이 많은 컴퓨팅 파워인가요? 솔직히 말해서, 오늘날의 서버 팜이나 슈퍼컴퓨터에 비교하면 많은 컴퓨팅 파워는 아닙니다. 그러나 그만큼의 큐비트 파워를 작은 패키지에서 접근할 수 있다는 것은 이러한 칩을 중요한 R&D 도구로 만들어 개발자들이 훨씬 더 현실적인 응용 프로그램을 향해 나아가도록 돕습니다.

양자 성장의 고통

어떤 면에서든, 양자 컴퓨팅의 미래는 여전히 시장 성장, 기술 개발, 그리고 이 기술들의 응용 분야의 폭 넓음 측면에서 밝아 보입니다. 현재 시장 규모 추정치는 2024년까지 8억 3천만 달러에서 50억 달러에 이릅니다. 월스트리트도 양자 컴퓨팅 게임에 뛰어들고 있으며, 가장 잘 알려진 양자 컴퓨팅 스타트업 중 일부는 2021년에 수십억 달러 규모의 SPAC 합병을 통해 상장되었습니다.

지난 몇 년 동안의 성공들, 얽힌 양자 레이더에서부터 양자 인터넷의 기반을 마련하는 것에 이르기까지, 기술이 과대평가되었다고 믿는 회의론자들이 여전히 있습니다. QuantWare 발표와 같은 날, MIT는 메릴랜드 대학교(칼리지 파크) 응축물리 이론 센터의 소장인 유명한 물리학자 Sankar Das Sarma가 쓴 “양자 컴퓨팅은 과대평가 문제가 있다”라는 제목의 의견 기사를 발표했습니다. Sarma 박사의 기사는 QuantWare의 프로세서와 같은 것을 수십억 개의 큐비트로 확장하는 데 있는 도전을 강조함으로써 현재의 양자 기술의 현실로 우리를 되돌리려고 시도합니다. 특히 그는 다음과 같이 씁니다:

Dr. Sarma의 인용된 발언에 대체로 동의하면서도, 현재 양자 프로세서 아키텍처로는 확장이 어렵다는 이유로 양자 기술이 모두 과대포장이고 실질적인 내용이 거의 없다는 생각에는 이의를 제기하고 싶습니다. 1950년대에 페어차일드에서 단일 집적 회로가 개발되고 있을 때, 또는 2002년에 인텔의 CTO였던 팻 겔싱어(현재 CEO)가 당시의 CPU 아키텍처를 확장하면 핵반응로보다 더 많은 열을 발생시킬 것이라고 지적했을 때 우리가 그런 태도를 가졌다면 상상해 보십시오. 분명히 확장에는 도전이 있으며, 현재 존재하는 확장의 도전을 바탕으로 미래의 양자 컴퓨터에 대한 실행 불가능한 비전을 추론하는 것은 공정하지 않다고 생각합니다.

기술이 과대포장되었다고 생각하든 세상을 바꿀 것이라고 생각하든, 업계는 인상적인 속도로 양자 개발을 진행하고 있습니다. 지금까지 시장은 몇몇 큰 이름과 다수의 혁신적인 스타트업으로 점철되어 있습니다. 양자 정보 시스템을 지원하는 개발 도구와 업계 노력에는 다음이 포함됩니다:

• 양자 프로그래밍 언어, 예를 들어 Q#, QISKit, Pytket
• 전체 양자 애플리케이션 스택 개발
• IEEE, ISO, IEC 및 기타 표준 기관에 의한 성능, 용어, 진화의 표준화
• 애플리케이션 개발을 위한 클라우드 상의 양자 계산 시간 접근

위 목록에서 볼 수 있듯이, 빠진 것은 하드웨어뿐입니다! 다른 회사들은 프로세서에 훨씬 더 높은 큐비트 수를 목표로 하고 있습니다. 예를 들어, IBM의 433-큐비트 Osprey 프로세서는 올해 시장에 출시될 예정이며, 1,121-큐비트 Condor 프로세서는 2023년에 출시될 예정입니다. 백만 큐비트의 양자 컴퓨팅 성배는 데이터 센터만큼의 공간을 차지할 것으로 예상되며, 이는 양자 컴퓨팅 스타트업 PsiQuantum에 따른 것입니다.

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