IBM, 520큐비트서 1만 연산 목표한 Nighthawk r3 공개…두 칩 연결은 2027년 계획

IBM Quantum은 11월 11일 차기 양자 프로세서 Nighthawk r3를 공개했습니다. 한 프로세서에서 프로그램 가능한 큐비트 520개를 활용해 양자 연산 1만 회를 수행하도록 설계했습니다. IBM은 2027년 r3 두 대를 연결해 1,040큐비트 시스템을 만들 계획입니다. 1,040은 두 프로세서의 큐비트 수를 합한 값입니다.

큐비트 수와 연산 수는 서로 다른 기준입니다. 큐비트는 양자 정보를 담아 계산에 쓰는 단위이고, 양자 연산은 큐비트에 적용하는 계산 동작입니다. IBM이 r3에 제시한 수치는 설계 목표입니다. 앞선 Nighthawk r2에 대해서는 프로그램 가능한 큐비트 120개로 7,500개가 넘는 2큐비트 게이트 연산을 포함한 회로의 관측량을 정확히 추정했다고 밝혔습니다. r2 수치는 IBM이 공개한 시연 결과이고 r3 수치는 목표여서 두 수치를 같은 조건의 성능 비교로 볼 수는 없습니다.

두 프로세서를 함께 계산에 쓰려면 칩 사이로 양자 정보를 전달해야 합니다. IBM은 이 장거리 연결을 l-coupler라고 부릅니다. l-coupler는 마이크로파 동축 케이블과 칩 쪽 연결 부품을 포함하며, 서로 다른 프로세서 사이에서 양자 상태를 전달합니다. 칩 내부의 연결 부품인 c-coupler와 달리 프로세서 사이를 잇는 연결입니다.

IBM이 공개한 시험에서는 Nighthawk r1 프로세서 두 대를 각각 80센티미터 케이블을 사용하는 l-coupler 네 개로 연결했습니다. 칩은 완전한 Nighthawk 프로세서였지만, 개발 시험에서 실제로 연결한 큐비트는 일부였습니다. IBM은 양자 상태 전달 충실도가 평균 99%, 최고 99.3%였다고 보고했습니다. 충실도는 전달된 상태가 의도한 상태와 얼마나 일치하는지를 나타내는 지표입니다. 이 수치는 r1 두 대 사이의 상태 전달 결과이며 r3의 계산 정확도와는 측정 대상이 다릅니다.

IBM은 연결을 더 안정적으로 구현하고 반복해서 재현할 수 있도록 개선하는 한편, 오류를 낮추고 연결 수를 늘리겠다고 밝혔습니다. 2027년 두 r3를 연결한다는 계획은 이런 모듈형 시스템 개발의 다음 단계입니다.