IBM의 결함 허용 양자 컴퓨터용 신규 모듈형 극저온 시스템

컴퓨팅 대기업 IBM은 수백 개의 양자 칩을 처리할 수 있는 단일 냉각 환경을 조성하기 위해 결합 가능한 최초의 모듈형 극저온 양자 냉동기를 공개했습니다. 15 milliKelvin 미만으로 냉각할 수 있는 이 극저온 시스템은 IBM이 2029년까지 대규모 결함 허용(fault-tolerant) 양자 컴퓨터를 출시하기 위해 노력하는 과정에서 중요한 이정표입니다. 

양자 컴퓨터는 오늘날 가장 빠른 슈퍼컴퓨터가 필요로 하는 시간의 아주 일부분만으로 대규모 계산을 가능하게 할 컴퓨팅의 차세대 개척지로 간주됩니다. 0 또는 1만 저장할 수 있는 이진 비트를 사용하는 실리콘 기반 컴퓨터와 달리, 양자 컴퓨터는 0과 1 사이의 여러 값을 저장하고 병렬로 계산을 수행할 수 있는 양자 비트를 사용하여 컴퓨팅 성능을 기하급수적으로 증가시킵니다. 

양자 비트, 즉 큐비트(qubits)는 보통 절대 영도에 가까운 극도로 낮은 온도에서 작동합니다. 이를 달성하는 것은 어려운 과제이지만 연구원들은 희석 냉동기(dilution refrigerators)라고 불리는 다단계 장치를 사용하여 이를 완성했습니다. 큐비트는 온도가 초저온인 챔버 내부에서 작동하지만, 냉각 및 컴퓨팅 인프라의 복잡한 구조로 인해 대규모 양자 컴퓨터를 구축하는 데 어려움이 있습니다. 

IBM이 이 문제를 해결하는 방법

IBM은 직사각형 폼 팩터로 전환함으로써 기존 극저온 시스템에 주요 설계 변경을 단행했습니다. 이 변경은 판독 및 제어 배선의 더 밀집된 통합을 가능하게 하고 인접 셀 간의 결합을 단순화하여 양자 프로세서를 위한 더 많은 공간을 제공하기 위한 것입니다. 

또한 이러한 설계 변경은 배선, 냉각 및 양자 장치의 밀도가 높아지더라도 향후 구성 요소와 하위 시스템을 독립적으로 최적화할 수 있도록 분리하기 위한 것입니다. 

최근 시연에서 IBM은 새로운 극저온 양자 냉동 시스템의 두 가지 작동 모듈을 결합하여 5일 이내에 4 Kelvin까지 냉각하고 곧이어 15 milliKelvin 미만의 최종 온도에 도달하기 위해 어떻게 힘을 합칠 수 있는지 보여주었습니다. 

이는 심우주보다 180배 더 차가운 온도이며, 이 모듈은 IBM 시스템의 이전 버전보다 12배 더 많은 배선 공간을 제공하여 모듈 내부 및 외부에서 더 많은 칩 간 연결을 용이하게 합니다. 

결함 허용 양자 컴퓨터

높이 eight feet (2.4 m) 및 너비 eight feet가 넘는 이 모듈들은 또한 양자 프로세서와 직접 연결하기 위해 IBM의 L-coupler 기술을 사용합니다. 이 기술은 여러 양자 칩이 통신하고 정보를 공유하며 더 큰 양자 컴퓨터의 일부로서 함께 작동할 수 있게 해줍니다.