양자 컴퓨터, 슈퍼컴퓨터가 110년 걸릴 작업을 19초 만에 해결

동전 61개를 동시에 던지는 상황을 상상해 보십시오. 단, 이 동전들은 기묘한 양자 방식으로 서로에게 영향을 미칠 수 있으며, 던지기 전에 수십 가지의 무작위로 선택된 연산을 통해 동전들을 뒤섞습니다.

이제 그 실험을 100만 번 반복하고 결과로 나오는 0과 1의 문자열(앞면과 뒷면)을 기록합니다.

이것이 단순화해서 말하자면, 연구원들이 IBM의 Nighthawk r2 양자 프로세서에게 요청한 작업입니다. 이 실험은 무작위 회로 샘플링(random-circuit sampling)이라 불리며, 실제 세계에서 진정으로 실용적인 문제를 해결하기 위한 것은 아닙니다. 대신, 과학자들은 이를 스트레스 테스트로 사용합니다. 양자 컴퓨터가 일반 컴퓨터가 재현하기 매우 어려운 결과 패턴을 생성할 수 있는지를 확인하는 것입니다.

새로운 실험에서 연구원들은 918개의 2큐비트 상호작용을 포함하여 61개의 양자 비트, 즉 큐비트(qubits)에 36라운드의 연산을 적용했습니다. 그 후 프로세서는 단 19초 만에 100만 개의 결과를 생성했습니다.

이것이 특별한 이유

중요한 점은 양자 컴퓨터가 0과 1을 빨리 내뱉을 수 있다는 사실이 아닙니다. 그것은 어떤 노트북이라도 할 수 있습니다. 도전 과제는 양자 회로에 의해 생성된 것과 동일한 확률 패턴, 즉 큐비트가 상호작용 한 후 일부 비트 문자열이 다른 문자열보다 더 발생하기 쉬워지는 미묘한 방식을 재현하는 것입니다.

샌프란시스코에 기반을 둔 양자 컴퓨팅 소프트웨어 및 클라우드 플랫폼 기업인 BlueQubit의 Tigran Sedrakyan이 이끄는 연구팀은 특정 고전적 시뮬레이션 방법을 사용하여 유사한 충실도로 100만 개의 샘플을 생성하려면 세계에서 가장 강력한 슈퍼컴퓨터 중 하나인 Frontier에서 약 110년이 걸릴 것으로 추정합니다. IBM의 기계는 이 실험을 몇 초 만에 해냈습니다.

아직 피어 리뷰를 거치지 않은 사전 인쇄본(preprint)에 설명된 이 결과는 양자 우위(quantum advantage)를 향한 오랜 경주에서 새로운 이정표를 세웠습니다. 양자 우위란 양자 컴퓨터가 기존 기계의 실질적인 범위를 넘어서는 특정 계산 작업을 수행할 수 있는 시점을 말합니다. 그리고 이전의 많은 시연과 달리, 이번 실험은 목적에 맞게 제작된 실험실용 기계가 아니라 IBM의 클라우드 플랫폼을 통해 외부 연구원들이 사용할 수 있는 양자 프로세서를 사용했습니다.

계산할 수 없는 정답을 테스트하는 방법