한국IBM이 오는 2033년까지 업데이트된 IBM의 양자기술 개발 로드맵과 개발 사례들을 소개하는 시간을 마련했다. 한국IBM에서 IBM 퀀텀 비즈니스를 총괄하는 표창희 상무(사업본부장)는 6월 25일 퀀텀 코리아 2024 행사장에서 기자들과 만나 IBM 퀀텀 로드맵, 최신 프로젝트 사례를 설명하고, IBM Quantum System One과 함께 IBM Quantum Network를 소개했다.

IBM 퀀텀 이글, 정확성·효율성 모두 잡았다
표창희 상무는 “IBM이 2023년에 발표한 127큐비트(qubit) 기반 IBM 퀀텀 ‘이글(Eagle)’ 프로세서는 현재 전 세계에서 출시된 시스템 중 가장 최신의 안정적인 시스템”이라고 말했다.

IBM이 새로 개발한 양자컴퓨터 프로세서 이글은 4개 레이어가 차곡차곡 쌓여 연결된 형태이며, 제일 하단에는 절대영도(영하 273도, 켈빈)를 유지하는 가운데 양자 컴퓨팅 시스템을 운영하고 있다. 이글 프로세서를 통해 발생한 신호체계를 일반 컴퓨터로 전달해 데이터셋으로 활용하면 더 정확한 결과를 낼 수 있다. 이글 프로세서는 질소와 헬륨가스로 구성된다.

IBM 양자컴퓨터 시스템 이외에도 양자컴퓨팅 활용을 위한 핵심 SDK인 퀴스킷(Qiskit)도 오픈소스 형식으로 자체 개발해 배포하고 있다. 이 퀴스킷은 2017년에 발표됐으며, 현재 양자 연구를 하는 많은 연구자들이 활용하고 있다. IBM의 퀴스킷은 AI 기술을 활용, LLM(Large Language Model, 거대언어모델)을 적용해 개발 코딩 지원의 폭을 넓히고 있다. 행사에서 소개된 IBM 퀀텀 시스템은 올해 연말에 연세대학교에 설치될 예정이다.

표창희 상무는 “양자컴퓨팅의 특징은 크게 기존 클래시컬 컴퓨팅에서는 불가능하던 중첩 기능이 가능해 하나씩 순차적으로 계산하며 수천년 이상 걸리는 계산을 양자컴퓨팅을 활용하면 양자중첩 계산을 통해 순식간에 해결한다는 점”이라며, “속도의 향상과 함께 비용적인 측면에서도 탁월한 효과를 낼 수 있다”고 말했다. 이어 “IBM은 조만간 기존 양자컴퓨터가 갖고 있는 에러 완화(error mitigation) 기술도 발표할 예정”이라며 “이 같은 기술을 활용하면 기존에 풀기 어려웠던 난제, 미적분이나 인수분해, 그리고 분자구조 분석도 훨씬 간편하게 해결할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

실제 IBM의 양자컴퓨팅이 적용된 사례로는 미국 엑손모빌(ExxonMobil)에서 넓은 바다를 항해하며 LNG(액화천연가스)를 운반하는 LNG 운반선의 최적의 경로를 제공하고 있으며, 자동차 브랜드 메르세데스-벤츠에서는 양자 기술을 활용해 전기차 배터리 성능을 발전시키고, 충전소의 위치, 탑승자의 컨디션, 전체 중량 등을 파악할 수 있는 방안을 발표하기도 했다.

IBM의 양자컴퓨팅, 어디까지 왔나
표창희 상무는 IBM 퀀텀의 기술 로드맵도 설명했다. IBM은 매년 연말에 그해 1년간 준비하고 개발했던 기술에 대해 발표하고, 향후 기술 발전에 대한 방향성도 제시하고 있다. IBM은 2020년에 27 큐빗을 발표하면서부터 구체적인 개발 로드맵을 제시하고 있다. IBM은 2020년에 발표한 2033년까지의 로드맵 중 어느 하나 지키지 못한 것이 없다.

표 상무는 “IBM은 지난해 헤론(Heron)칩과 콘도르(Condor)칩을 발표했다”며 “양자컴퓨터 칩에 큐빗을 1,000개 이상 넣게 되면 에러율이 높아지며 노이즈 문제가 발생해 부정확한 결과나 나올 수 있는데, 이를 차단하기 위해 IBM은 4년의 개발 끝에 기존 칩 대비 5배 이상의 속도와 품질을 낼 수 있는 헤론칩 개발에 성공했다”고 말했다. 표 상무는 이어 “향후 발표할 쿠카부라(Kookaburra), 코카투(Cockatoo)라는 네이밍이 붙은 칩은 여러 개의 칩을 병렬로 결합해 하나의 칩으로 사용할 수 있는 기술이 적용될 예정”이라며 “아주 큰 데이터를 정확하고 빠르게 계산하는 것을 의미하는 게이트와 관련해서도 지난해에는 5,000게이트를 발표했고, 게이트 수를 늘려 2033년 이후에는 10억 게이트 기술을 발표할 예정”이라고 설명했다.

IBM에서 발표한 SDK 퀴스킷은 전 세계 약 60만명이 내려받아 설치하며 양자컴퓨터를 활용하고 있다. 양자컴퓨팅을 위한 하드웨어의 80% 이상이 퀴스킷을 기반으로 하는 만큼 IBM의 SDK 퀴스킷은 양자컴퓨팅 확산에 이점이 되고 있다. 또한 IBM은 양자 컴퓨터를 세계 곳곳에서 더욱 유용하게 사용할 수 있도록 에코 시스템의 개발에도 집중하고 있다.

IBM은 양자컴퓨팅 활용을 위한 교육도 활발하게 진행 중이다. 현재 전 세계에는 39개의 IBM 퀀텀 이노베이션 센터(Quantum Innovation Center)가 있으며, 한국은 성균관대와 KOC(Korea Quantum Computing), 연세대에 QIC가 마련됐다. IBM은 국내 7개 대학을 선발해 QIC를 활용한 교육 콘텐츠를 제공하고 있다. 특히 연세대는 올해 하반기에 IBM의 양자컴퓨팅 시스템 설치가 완료되면 기존에 QIC에서 Quantum Computing Center로 바뀌게 된다.

IBM이 지난해 12월에 발표한 퀀텀 시스템 투는 모듈화된 양자 컴퓨터 제공을 위해 새롭게 만든 시스템으로, 기존에 퀀텀 시스템 원이 하나의 칩이었다면 퀀텀 시스템 투는 3개의 칩이 들어가 각각 연산이 가능하고, 병렬 연결로 연합해 연산도 가능하다. 퀀텀 시스템 투는 현재 IBM 토마스 왓슨 연구소에 설치돼 있으며, 2028년 하반기에 국내에도 들어올 예정이다.

IBM, 양자컴퓨터의 안전한 활용 위해 노력
IBM은 2016년에 처음 개발 로드맵을 발표한 이후 80여대 이상의 양자컴퓨터를 개발했다. 이제는 자체 개발한 양자컴퓨터에 AI 기술을 접목한 서비스를 제공하며 활용도를 높이고 있다. 하지만 양자 컴퓨터가 기존에 있는 클래스 컴퓨터를 대체한다고 보지는 않는다. 양자컴퓨터와 기존 클래식 컴퓨터가 각각의 역할이 있는 만큼 HPC(고성능컴퓨터), GPU, CPU, QPU(Quantum Processing Unit)가 함께 어우러지는 슈퍼컴퓨터를 추구하고 있다.

표창희 상무는 “IBM이 갖고 있는 미션은 양자컴퓨터를 조금 더 세상에서 유용하게 쓸 수 있도록 하는 것, 양자 컴퓨터를 조금 더 안전하게 사용할 수 있게 하는 것을 미션으로 하고 있다”고 말했다. 이어 “IBM의 퀀텀 세이프(Quantum Safe)는 IBM의 양자내성 암호체계로 암호화 사용량을 파악하고 종속성 분석과 함께 CBOM(암호화 자재명세서)을 생성한다”며 “암호화의 규정 준수 상태를 분석하고, 위험도에 따라 취약점의 우선순위를 정하며, 양자내성 베스트 프랙티스를 사용해 취약점 수정과 함께 양자내성 암호화로 암호화 민첩성을 달성한다”고 말했다.

현재 이론상으로는 800큐빗 이상의 양자칩으로는 RSA 암호체계 자체를 무력화시킬 수 있다는 논문이 중국에서 발표되기도 했다. 또한 미국 백악관도 2027년까지 적용 가능한 양자내성 암호체계를 발표하기도 했다. 국내에서도 양자내성 암호체계 개발에 속도를 내고 있다.

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