양자컴도 ‘반도체의 길’ 간다… IBM, 실리콘 양자칩 승부수

상용화 연구 성과 ‘네이처’에 공개 초전도회로 기반 양자컴 선두주자… ‘실리콘 스핀’ 개발 미국 기업 인수 큐비트 제어-오류정정 한 칩 통합… 큐비트 5개씩 묶어 데이터 검사 “실용 양자컴, 공학의 문제” 논평 미국 HRL연구소가 개발한 실리콘 스핀 큐비트 기반 양자프로세서(QPU) 모식도. 연구팀은 양자컴퓨터를 구성하는 배선·제어·오류 정정 단위를 하나의 시스템으로 통합했다. HRL연구소 제공 미국 IBM은 23일(현지 시간) 실리콘 스핀 양자컴퓨터를 개발하는 미국 민간 연구개발 기업 HRL연구소를 인수하는 계약을 체결했다고 발표했다. 그동안 초전도 회로 기반 양자컴퓨터 개발을 선도하던 IBM이 새로운 형태의 양자컴퓨터에 주목한 것이다. 실리콘 스핀 양자컴퓨터는 기존 실리콘 기반의 반도체 공정과 연계가 용이해 확장성, 양산성이 뛰어난 것으로 평가된다. IBM의 인수 계약이 이뤄지자마자 HRL연구소는 실리콘 스핀 양자컴퓨터 상용화에 한 걸음 다가서는 연구 성과를 29일 국제학술지 ‘네이처’에 전격 공개했다. 양자컴퓨터의 정보처리 단위인 큐비트를 대규모로 제어하고 오류 정정을 자동으로 수행하는 양자프로세서(QPU) 구조를 새롭게 제시한 것이다. ● 실리콘 큐비트 제어·오류 정정 시스템 통합 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터로는 해결이 불가능한 유형의 문제를 풀 수 있는 미래 전략기술이다. 양자 현상을 이용한 정보처리 단위 ‘큐비트’로 계산을 수행한다. 큐비트의 형태는 구동 방식에 따라 다양하다. 실리콘 스핀 큐비트는 실리콘의 전자 스핀 상태를 큐비트로 활용한다. 실리콘에 전자 1개가 들어갈 정도로 매우 작은 공간인 양자점을 만들면 인접한 양자점에 전자가 있을 때 두 전자의 스핀 상태가 서로 영향을 준다. 양자점 사이의 전압을 조절해 스핀 상호작용 세기를 조절하는 방식으로 계산을 수행한다. 상용 양자컴퓨터 구현을 위해서는 큐비트 다수를 칩 위에 배열·제어하고 오류를 정정하는 게 핵심 과제다. 실리콘 스핀 큐비트는 고밀도로 집적할 수 있지만 현재 제어 방식으로는 큐비트 규모가 커질수록 외부 전자장치와 연결해야 하는 배선 수도 늘어나 열이 많이 발생하고 큐비트 속 정보가 쉽게 손상되는 문제가 있다. HRL연구소 연구팀은 극저온 환경에서 디지털로 프로그래밍할 수 있는 맞춤형 제어칩을 통합한 실리콘 QPU를 개발했다. 제어 전자장치를 큐비트와 가까운 저온 환경에서 작동시켜 열 유입과 배선 부담을 줄이고 계산 중에 반복적인 양자 오...