마이크로소프트가 양자 오류 정정 기술을 적용해 오류율을 기존 대비 800배 이상 개선하는데 성공했다.

14일 마이크로소프트는 자체 양자 플랫폼과 퀀티뉴엄의 트랩드이온 하드웨어를 결합한 실험 결과를 국제학술지 네이처에 게재했다고 밝혔다.

발표 자료에 따르면 마이크로소프트 양자 플랫폼은 퀀티뉴엄의 트랩드이온 하드웨어 상에서 논리 오류율을 물리 회로 기준 대비 11배에서 최대 800배까지 개선했다.

특히 두 양자가 얽혀 있는 '벨 상태(Bell state)' 준비 과정에서 기존 0.8% 수준이던 물리적 회로의 오류율을 0.001%로  낮추며 800배 개선 성과를 입증했다. 반복적인 오류 수정 과정에서 물리적 기준 대비 51배 낮은 오류율을 기록했으며 12-큐비트 '캣 상태(Cat state)' 준비에서도 22배의 개선을 보였다.

마이크로소프트는 이번 성과에 대해 오류 정정이 단순 이론 검증을 넘어 실제 회로 수준에서도 유의미한 성능 향상을 낼 수 있음을 입증한 것이라고 의의를 설명했다.

연구에는 트랩드이온 장치에 최적화한 두 가지 오류 정정 코드가 적용됐다. 하나는 12개 물리 큐비트로 2개의 논리 큐비트를 인코딩하는 코드이며 다른 하나는 보다 큰 논리 연산을 지원하는 16큐비트 테서랙트 컬러 코드다. 

마이크로소프트는 이 같은 코드 설계를 통해 하드웨어 특성과 소프트웨어 제어 기술을 함께 최적화하는 공동 설계 접근법을 강화하고 있다고 설명했다.

마이크로소프트는 이번 연구가 자사의 멀티플랫폼 전략과도 맞닿아 있다고 강조했다. 양자 플랫폼은 특정 하드웨어 방식에만 의존하지 않고, 트랩드이온과 중성원자, 자사가 개발 중인 위상 큐비트 등 다양한 방식에 적용할 수 있는 소프트웨어·시스템 스택으로 설계됐다.

개발자 생태계 확대에도 속도를 내고 있다. 마이크로소프트는 양자 개발 키트(QDK)를 오픈소스 기반으로 제공하며, 시뮬레이터와 자원 추정, 디버깅 도구, 하이브리드 애플리케이션 개발 기능 등을 지원하고 있다. 

최근 오류 정정 관련 오픈소스 패키지인 '양자 오류 정정 디코딩 시스템(deq)'도 새롭게 공개하며 연구자와 개발자가 보다 쉽게 양자 알고리즘과 오류 정정 기법을 실험할 수 있도록 지원하고 있다.

다만 업계에서는 양자컴퓨터가 완전한 실용 단계에 도달하기까지 여전히 넘어야 할 과제가 적지 않다고 본다. 더 큰 규모의 오류 정정 코드와 깊은 회로, 실시간 디코딩, 피드포워드 제어, 하드웨어 정밀도 향상 등이 복합적으로 뒤따라야 하기 때문이다.

그럼에도 이번 성과는 신뢰성 높은 '논리적 큐비트'를 실제 연산 환경에서 구현해 냈다는 점에서 상용화로 가는 중요한 이정표라는 평가다.

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마이크로소프트는 앞으로 양자 하드웨어와 오류 정정, 소프트웨어, AI, HPC를 결합한 하이브리드 워크플로우를 통해 화학과 소재, 산업 연구 등 실제 문제 해결 영역으로 적용 범위를 넓혀간다는 방침이다.

매티아스 트로이어 마이크로소프트 퀀텀 기술 펠로우 겸 기업 부사장은 "양자 컴퓨팅은 하드웨어, 오류 수정, 소프트웨어 및 애플리케이션이 하나의 일관된 시스템으로 연결될 때 비로소 전진할 수 있다"며, "앞으로 수년 내에 화학, 재료 과학 등의 분야에서 획기적인 발견을 이끌어낼 신뢰할 수 있는 양자 컴퓨터가 본격적으로 모습을 드러낼 것"이라고 전망했다.