9월 10일 (현지 시간) 마이크로소프트와 양자컴퓨팅 선두회사 Quantinuum은 중대한 돌파를 이룩했다고 선포했다. 그들은 유사이래 가장 많은 12개의 론리량자비트를 성공적으로 얽혔으며 유사이래 가장 높은 계산진실도를 창조하여 량자오류수정기술을 크게 과시했다.
논리적 양자 비트, 양자 오류 정정, 계산 충실도는 모두 양자 계산 분야의 중요한 개념이며, 양자 오류 정정은 양자 계산의 대규모 상업화를 여는 관건적인 열쇠라고 말할 수 있다.
양자컴퓨팅은 양자역학 원리를 이용해 정보를 처리하는 기술이다.전통적인 고전적인 계산과 비교해볼 때 량자계산의 주요우세는 다음과 같다.
(1) 강력한 컴퓨팅 능력: 기존 컴퓨터가"0"과"1"의 두 가지 상태만 처리할 수 있는 것에 비해 양자 비트 (qubit) 는"0"과"1"의 중첩 상태에 동시에 있을 수 있으며, 이는 이론적으로 매우 빠른 속도로 대규모 컴퓨팅 임무를 완료할 수 있게 한다.양자 비트의 수가 증가함에 따라 양자 컴퓨터의 계산 능력은 기하급수적으로 증가했다.이것은 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠른 검색 및 최적화 문제와 같은 특정 유형의 문제를 처리한다는 것을 의미합니다.
(2) 응용공간이 더욱 넓다: 량자컴퓨터는 천연적으로 기타 량자시스템을 모의하는데 적합하며 이는 화학, 재료과학과 물리학 등 분야의 연구에 중요한 의의가 있다.분자와 화학 반응을 시뮬레이션하여 새로운 재료의 성질을 예측 할 수 있으며 이는 전통적인 컴퓨터에 매우 어렵습니다.또한 양자컴퓨터는 이론적으로 기계학습 알고리즘의 훈련 과정을 가속화할 수 있으며, 이는 빅데이터와 복잡한 모델을 처리하는 데 매우 유용하며 기계학습과 인공지능의 발전을 추진할 수 있다;
(3) 암호화 및 보안: 양자 컴퓨터는 이론적으로 많은 기존 암호화 알고리즘을 해독할 수 있지만, 동시에 새로운 양자 암호화 기술을 개발하여 더 높은 수준의 통신 보안을 제공할 수 있다.
양자 컴퓨팅은 거대한 잠재력을 가지고 있지만, 아직 발전의 초기 단계에 처해 있으며, 많은 기술과 물리적 도전이 존재하는데, 하나의 중요한 장애는 단일 물리적 양자 비트가 매우 취약하고 외부 환경의 방해를 받기 쉬우며, 양자 게이트 조작의 충실도 요구가 매우 높으며, 어떠한 불완전함도 계산 오류를 초래할 수 있으며, 양자 오류 정정 기술은 매우 중요하다는 것이다.
논리적 양자 비트:"1+1 & gt; 2"의 양자 오류 수정 기술
과학자들은 물리적 양자 비트의 위의 결함을 극복하기 위해 논리적 양자 비트를 도입하는 방식으로 양자 정보의 안정성과 오류 용인 능력을 향상시킵니다.
논리적 양자 비트는 일반적으로 여러 개의 물리적 양자 비트가 특정 양자 오류 코드를 통해 인코딩됩니다.이러한 물리적 양자 비트의 집합은 로컬 오류로부터 논리적 양자 비트를 보호 할 수 있습니다.만약 그 중 하나의 물리적 양자 비트에 오류가 발생한다면, 논리적 양자 비트의 전체 상태에 영향을 주지 않고 양자 오류 수정 과정을 통해 오류를 감지하고 수정할 수 있다.
간단히 말해서, 논리 양자는 여러 개의 물리 양자 비트로 구성된 양자 비트인데, 그 중의 물리 양자 비트는 서로 오류를 바로잡고 전체 논리 양자 비트의 안정성을 확보하여"1 + 1 & gt; 2"의 안정적 편향 조정 효과를 낼 수 있다.이렇게 하면 물리적 양자 비트 중 하나가 잘못되더라도 다른 물리적 양자는 계산 결과의 정확성을 보장하기에 충분한 정보를 제공 할 수 있습니다.
마이크로소프트와 Quantinuum의 돌파구는 바로 그들이 론리량자비트의 수량을 갱신하고 더욱 튼튼한 량자계산"대오"를 건립한데 있다. 그 량자오류정정기술은 론리량자비트의 오류률을 단독의 물리량자비트보다 800배 낮게 했다.이 성과는 양자 컴퓨팅이 신뢰할 수 있고 실용적인 컴퓨팅으로 나아가는 중요한 단계입니다.
마이크로소프트는 어떻게 했습니까?
새로운 돌파구는 하드웨어로서의 H2 이온 함정 양자 컴퓨터와 소프트웨어로서의 Azure Quantum 양자 비트 가상화 플랫폼이라는 두 가지 핵심 요소를 떠날 수 없다.
H2 이온 함정 양자 컴퓨터는 Quantinuum사가 출시한 고성능 양자 컴퓨팅 시스템이다.이 양자 컴퓨터는 마이크로소프트의 Tesseract 코드 (양자 컴퓨팅에 사용되는 고장 내결함성 메커니즘) 를 사용하며, 특수한 양자 오류 정정 코드를 사용하여 양자 정보를 보호한다 (Tesseract 코드는 본질적으로 16 개의 물리적 양자 비트를 4 차원 공간의 슈퍼 큐브로 배열하여 논리적 양자를 보호한다).이 코드는 부분적인 효율을 희생함으로써 오류 수정 성능을 크게 향상시켜 양자 비트의 오류를 효과적으로 감지하고 수정할 수 있습니다.
Azure Quantum 양자 비트 가상화 플랫폼은 마이크로소프트가 제공하는 양자 클라우드 컴퓨팅 서비스로, 소프트웨어 차원을 이용하여 하드웨어의 안정성과 정밀도를 강화하기 위해 설계되었으며, 여러 물리 양자 비트 간의 협업을 동적으로 관리할 수 있고, 논리 양자 비트가 안정적으로 유지되도록 보장함으로써 물리 양자 비트의 조작을 효과적으로 조율할 수 있으며, 오류 발생 확률을 줄일 수 있다.
양자 컴퓨팅, AI, HPC가 처음으로 과학 문제를 협동하여 해결하다
특히 마이크로소프트와 퀀티누움의 이번 돌파는 이론에 국한된 것이 아니라 응용단을 고루 고려해 양자컴퓨팅의 실제 문제 해결 능력을 보여줬다.
연구진은 고신뢰성 논리 양자 비트, 클라우드 컴퓨팅, AI 기술을 결합해 복잡한 화학 시뮬레이션을 진행해 한 화학 촉매의 기초 에너지를 예측하는 데 성공했다.이러한 시뮬레이션은 매우 복잡한 컴퓨팅 작업을 처리해야 하기 때문에 기존 컴퓨터에서는 거의 불가능합니다.
마이크로소프트에 따르면 HPC, AI, 양자컴퓨팅 하드웨어를 결합해 과학적 문제를 해결하는 것은 이번이 처음이다.
예견할 수 있는 것은 양자 컴퓨팅이 과학적 발견과 신제품, 심지어 새로운 종이 탄생하는 데 걸리는 시간을 크게 단축시킬 것이다.
현재 Microsoft는 Quantinuum, IonQ, PASQAL, Rigetti 등 양자 컴퓨팅 회사의 솔루션을 얻을 수 있는 양자 컴퓨팅 서비스를 Azure Quantum 플랫폼을 통해 외부에 제공하는 양자 컴퓨팅 상용화를 적극적으로 추진하고 있다.
국내 양자컴퓨팅 산업 지속적으로 확장 전망
IBM, 마이크로소프트, 구글 등 해외 과학기술 거두들은 모두 양자 컴퓨팅에 깊이 파고들어 선후로 로드맵을 발표했으며, 이와 동시에 국내 양자 컴퓨팅 산업은 최근 몇 년 동안 끊임없이 돌파를 이룩했다.
희석냉동기는 초전도 양자컴퓨터의 운행에서 매우 중요한 역할을 하고 있다. SL400 국산 희석냉동기는 중국 과학기술혁신기업이 처음으로 양자컴퓨팅의 극저온냉동기술에서 이룩한 중대한 돌파구로서 그 성능지표는 이미 국제 동종제품의 선진수준에 도달하였다.
4월 25일, 중국과학원 양자정보와 양자과학기술혁신연구원은 국방패량자에 504비트 초전도 양자컴퓨팅 칩"스냅홍"을 인도했다. 이 칩은 국내 최초의 500비트 초전도 양자컴퓨팅 칩으로 국내 초전도 양자 비트 수량 기록을 경신했다. 성능은 국제 주류 칩과 견줄 수 있으며 각 분야 사용자들이 실용적 가치가 있는 문제와 알고리즘에 대해 연구를 전개할 수 있다.
본원양자연구개발팀의 제3세대 자주초전도량자컴퓨터"본원오공"은 올해 1월 6일에 정식으로 개통되여 운행되였고 전 세계 사용자들에게 개방되여 전 세계 량자계산임무를 접수했다.이 양자컴퓨터는 72비트 자체 초전도 양자칩"오공심"을 탑재하여 현재 중국에서 가장 선진적인 프로그래밍 가능하고 초전도 양자컴퓨터를 인도할 수 있다;
생물의약분야에서도 우리 나라 량자계산기술은 중요한 돌파를 맞이했다.최근, 방부의과대학과 본원량자계산과학기술 (합비) 주식유한회사는 전략적협력을 달성하여 쌍방은 공동으로 국내 첫 량자분자도킹응용을 연구개발하고 우리 나라 제3세대 자주초전도량자컴퓨터에 의탁하여 량자계산력으로 소분자약물연구개발과정을 가속화하고 약물설계효률을 제고하게 된다.
또 우리나라의 양자컴퓨팅 관련 정책이 빈발하면서 올해 3월 양자컴퓨팅이 처음으로 정부 업무보고에 포함됐다.이어 7월 5일, 공업정보화부 부장 김장룡은 한걸음 더 나아가 미래산업을 적당히 앞서서 배치하고 인간형로보트, 뇌기계인터페이스, 메타우주, 차세대인터넷, 6G, 량자과학기술, 원자급제조, 심해공중개발 등 분야에 초점을 맞춘다고 표시했다.
앞으로 정책단, 산업단이 지속적으로 발전함에 따라 국내 양자컴퓨팅산업은 지속적으로 확대될 전망이다.