자사 알고리즘 Quantum advantage 실증
구글이 마침내 양자컴퓨팅 시대의 새로운 문을 열었다. ‘윌로(Willow)’라 불리는 105큐비트 양자 칩이 그 주인공이다. 이번 연구 성과는 단순한 실험적 성취가 아니라, 검증 가능한 양자우위를 입증한 최초의 사례로 평가받고 있다. 구글은 이 칩을 통해 기존 슈퍼컴퓨터보다 최대 1만3천 배 빠른 계산 능력을 보여주었다고 밝혔다. 연구는 구글 퀀텀AI 연구팀이 주도했으며, UC버클리 등과 공동으로 수행되었다.
윌로 칩은 초전도 기반으로 설계된 복합 구조의 양자칩이다. 무엇보다 주목되는 점은 ‘큐비트를 늘릴수록 오류율이 줄어드는’ 구조를 구현했다는 것이다. 지금까지 양자컴퓨터는 큐비트 수가 증가하면 오류가 급격히 늘어나면서 시스템 안정성이 떨어지는 문제가 있었다. 하지만 구글은 이번 칩에서 그 한계를 극복했다고 설명했다. 구글 측은 “양자 시스템이 규모가 커질수록 더 정확해지는 현상을 실험적으로 확인했다”며 “양자컴퓨팅이 상용화로 향하는 전환점에 도달했다”고 강조했다.
윌로 칩은 ‘랜덤 회로 샘플링(Random Circuit Sampling)’이라 불리는 복잡한 벤치마크 테스트를 단 5분 만에 수행했다. 동일한 문제를 슈퍼컴퓨터로 해결하려면 10의 25제곱 년, 즉 사실상 우주의 수명보다 긴 시간이 필요하다는 것이 구글의 설명이다. 이번 결과는 ‘검증된 캡슐형 양자컴퓨팅(Verifiable Quantum Advantage)’이라는 표현으로 요약된다. 실험 데이터가 단순히 이론적 추정이 아니라, 실제 물리적 연산 과정에서 검증 가능한 수준까지 도달했다는 의미다.
양자컴퓨터의 상용화는 산업 전반에 커다란 파급을 미칠 것으로 예상된다. 신약 개발, 신소재 탐색, 배터리 구조 예측, 금융 시장의 위험 분석 등 복잡한 연산이 필요한 분야에서 혁신적인 전환이 가능해진다. 특히 복잡한 상관관계를 다루는 최적화 문제나 물류·에너지 관리 분야에서 양자컴퓨팅의 잠재력은 매우 크다. 동시에 보안 분야에서는 새로운 도전이 예상된다. 양자컴퓨터가 기존의 RSA나 ECC 암호체계를 단시간에 무력화할 가능성이 제기되면서, 양자내성암호(Post-Quantum Cryptography) 기술의 필요성이 커지고 있다.
그러나 이번 성과가 곧 상업적 성공을 의미하는 것은 아니다. 전문가들은 여전히 실질적인 응용 알고리즘이 부족하다고 지적한다. 현재의 윌로 칩은 벤치마크 테스트에서는 탁월한 성능을 보여주지만, 현실의 산업 문제를 해결할 정도의 복잡한 계산에서는 아직 미완성 단계다.
또한 외부 환경에 민감한 큐비트의 특성상 냉각, 노이즈, 에러 교정 등 해결해야 할 기술적 난관이 남아 있다.
그럼에도 불구하고, 이번 연구가 양자컴퓨팅의 ‘불가능의 벽’을 넘은 하나의 전환점이라는 점은 부정할 수 없다. 구글은 앞으로 오류 정정 기술 강화와 논리 큐비트 구현, 그리고 대규모 시스템 확장을 추진하겠다고 밝혔다. 한국을 포함한 주요 국가들도 이미 양자 기술에 대한 투자를 늘리고 있으며, 구글의 이번 성과는 국제 기술경쟁의 구도를 새롭게 짜는 계기가 될 것으로 보인다.
윌로 칩의 등장은 단지 기술의 발전을 넘어, 계산의 패러다임이 바뀌고 있음을 보여준다. 전통적인 슈퍼컴퓨터 시대가 ‘양자 우위(Quantum Advantage)’의 문턱에 들어선 것이다.
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