‘양자컴퓨터 무한 확장 길 열었다’ IBM, 큐비트 칩 넘나드는 양자 정보 전달 성공 [후암동 논문 연구소]

[헤럴드경제=장윤우 기자] 미국 IBM이 양자컴퓨터 칩 두 개를 80㎝ 길이의 케이블로 잇고, 두 칩을 넘나드는 양자 연산에 성공했다.

양자컴퓨터는 정보의 기본 단위인 큐비트가 많을수록 더 복잡한 계산을 할 수 있다. 하지만 칩 하나에 큐비트를 계속 늘리는 데는 한계가 있어, 여러 칩을 연결해 하나의 큰 양자컴퓨터처럼 쓰는 ‘모듈형’ 방식이 대안으로 꼽힌다.

문제는 양자 정보가 아주 작은 충격에도 쉽게 깨진다는 점이다. 칩과 칩 사이를 잇는 케이블을 지나는 동안 양자 정보를 온전히 지키는 것이 관건이다.

IBM 연구진은 최근 논문 사전공개 사이트 아카이브에 120큐비트 양자 칩 두 개를 케이블로 연결한 결과를 공개했다.

IBM 연구진은 자사의 120큐비트 양자 칩 ‘나이트호크’ 두 개를 80㎝ 길이의 초전도 알루미늄 케이블 4가닥으로 이었다.

초전도체는 아주 낮은 온도에서 전기 저항이 사라지는 물질로 케이블을 지나는 양자 정보의 손실을 줄일 수 있다.

연구진은 케이블을 칩 표면에 수직으로 꽂는 방식을 택했다. 이전에는 칩 옆으로 케이블을 하나씩 연결했는데, 연결이 불안정하고 케이블을 많이 꽂기 어려웠다. 수직으로 꽂으면 칩 위에 케이블을 촘촘하게 연결할 수 있다.

냉각 장치를 세 번이나 식혔다 데우는 동안에도 초전도 케이블과 큐비트 칩을 이은 부분은 따로 손볼 필요 없이 멀쩡히 작동했다. 양자컴퓨터는 영하 273도에 가까운 극저온에서 작동해 부품을 고치거나 바꾸려면 장치를 데웠다가 다시 식혀야 한다.

연구진도 논문에서 “모듈형 양자컴퓨터는 사용 기간 내내 여러 번 식히고 데우고 고쳐야 하는 만큼, 손대지 않아도 견딜 수 있는 것이 실용화의 전제 조건”이라고 밝혔다.

연구진은 연결 과정에서 새로운 문제도 찾아냈다. 케이블이 초전도 상태에서 식는 동안 주변에 자기장이 있으면 케이블 성능이 크게 떨어졌다. 한번 떨어진 성능은 식은 뒤 자기장을 없애도 되돌아오지 않았다. 연구진은 케이블을 두 겹으로 감싸 자기장을 막는 방식으로 문제를 해결했다.

연구진은 한쪽 큐비트 칩의 양자 정보를 케이블을 통해 다른 큐비트 칩으로 옮기는 실험을 했다. 초전도 케이블의 4가닥의 평균 정확도는 99.00%였고, 가장 좋은 케이블은 99.29%였다.

서로 다른 칩에 있는 큐비트끼리 직접 연산하는 실험을 진행하자 정확도는 평균 94.75%, 가장 좋은 경우 96.42%였다. 연구진은 두 칩에 걸친 양자 얽힘 상태도 만들어냈다.

양자 얽힘은 멀리 떨어진 큐비트들이 하나처럼 연결돼 움직이는 현상으로 양자컴퓨터 계산의 핵심이다.

연구진은 논문에서 “큐비트 칩 간 연결 4개를 정확도 높게 구현한 이번 결과는 모듈형 양자컴퓨터를 키워나갈 실용적인 길을 보여준다”고 밝혔다.

다만 서로 다른 칩 사이에서 진행하는 연산의 정확도는 아직 칩 하나 안에서 하는 연산보다 낮다. 연구진은 개발 속도를 높이기 위해 큐비트 성능을 높이는 제작 공정 일부를 건너뛰었다고 설명했다.

이번 논문은 아직 다른 연구자들의 검증을 거치지 않은 사전공개 논문이다. 학술지에 실리는 논문은 보통 같은 분야 전문가들이 실험 방법과 데이터, 결론이 타당한지 따져보는 ‘동료 심사’를 거친다. 이 과정에서 결론이 달라지거나 아예 게재가 거절되기도 한다.

논문 사전공개 사이트 아카이브는 연구 결과를 빨리 공유하려고 만들어진 곳으로 올라온 논문이 해당 분야에 맞는지 정도만 확인할 뿐 내용의 정확성은 따지지 않는다.

이번 논문은 저자 모두가 IBM 소속으로 외부 연구자의 검증도 아직 없다.

DOI : 10.48550/arXiv.2610.29986

논문 정보 : N.M. Sundaresan et al., Meter-scale quantum interconnects between large quantum processors, arXiv:2610.29986 (2026).

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