IBM 퀀텀 헤론, 특정 클래스의 양자 회로를 5000여 개의 2큐비트 게이트 연산까지 실행

 

IBM은 오늘 '제 1회 IBM 퀀텀 개발자 컨퍼런스(IBM Quantum Developer Conference)'를 개최하고 IBM 양자컴퓨터에서 복잡한 알고리즘을 실행할 때 기록적인 수준의 규모, 속도, 정확성을 제공하는 새로운 양자 하드웨어 및 소프트웨어 기술을 소개했다. 

 

IBM 퀀텀 헤론(IBM Quantum Heron)은 고성능의 IBM의 양자 프로세서로, IBM의 글로벌 양자 데이터 센터를 통해 사용할 수 있다. IBM 퀀텀 헤론은 이제 퀴스킷(Qiskit)을 활용해 특정 클래스의 양자 회로를 최대 5000여 개의 2큐비트 게이트 연산까지 정확하게 실행할 수 있다. 사용자는 이러한 IBM 퀀텀 헤론의 성능을 활용해 재료, 화학, 생명과학, 고에너지 물리학 등 다양한 분야의 과학적 문제를 양자 컴퓨터로 해결하는 방법을 탐구할 것으로 보인다. 

 

 

이는 IBM 양자 개발 로드맵의 또 하나의 주요 목표를 달성한 것이며, IBM과 비즈니스 파트너가 양자 우위와 2029년으로 예정된 IBM의 오류 수정 첨단 시스템을 향해 나아감에 따라 양자 유용성 시대를 더욱 앞당기는 것이다.

 

IBM 헤론과 퀴스킷의 성능 향상으로 사용자는 최대 5000개의 게이트로 구성된 양자 회로를 실행하는데, 이는 2023년 IBM의 양자 유용성 시연에서 정확하게 실행된 게이트 수의 약 2배에 달하는 수치다. 이를 통해 IBM 퀀텀의 컴퓨터 성능은 무차별 대입 방식의 기존 시뮬레이션 방식보다 향상됐다. 네이처지에 게재된 2023년 유용성 실험에서는 데이터 당 처리 시간이 총 112시간 소요됐으나 동일한 데이터를 사용한 같은 실험을 최신 IBM 헤론 프로세서에서 실행한 결과, 50배 빠른 2.2시간 만에 완료할 수 있었다.

 

IBM은 개발자가 안정성과 정확성, 속도를 갖춘 복잡한 양자 회로를 쉽게 구축할 수 있도록 세계에서 가장 성능이 뛰어난 양자 소프트웨어로 퀴스킷을 발전시켜 왔다. 이는 오픈소스 벤치마킹 툴인 벤치프레스를 사용해 측정한 결과에서 입증되며, IBM은 제3자 기관의 1000여 개의 테스트를 통해 퀴스킷이 다른 플랫폼 대비 가장 높은 성능과 안정성을 갖춘 양자 소프트웨어 개발 키트라는 것을 확인했다.

 

제이 감베타(Jay Gambetta) IBM 퀀텀 부사장은, “IBM 퀀텀 하드웨어와 퀴스킷의 발전으로 사용자는 첨단 양자 및 기존 슈퍼컴퓨팅 자원을 결합해 각자의 강점을 결합한 새로운 알고리즘을 구축하게 됐다”며, “오류 수정 양자 시스템을 향한 로드맵을 향해 나아가는 가운데, 현재 산업 전반에서 발견되는 알고리즘은 QPU, CPU, GPU의 융합으로 만들어지는 미개척 컴퓨팅 분야의 잠재력을 실현하는 데 핵심이 될 것”이라고 말했다. 

 

IBM 퀀텀 플랫폼은 생성형 AI 기반 기능과 IBM 파트너들의 새로운 소프트웨어와 같은 신규 퀴스킷 서비스로 선택지를 확장하고 있으며, 산업 전반의 전문가 네트워크가 과학 연구를 위한 차세대 알고리즘을 구축할 수 있도록 지원한다. 

 

여기에는 AI로 양자 하드웨어를 위한 양자 회로의 효율적인 최적화를 지원하는 퀴스킷 트랜스파일러 서비스, 개발자가 IBM 그래니트 기반 생성 AI 모델로 양자 코드를 생성하는 데 도움을 주는 퀴스킷 코드 어시스턴트, 양자 및 기존 시스템에서 초기 양자 중심 슈퍼컴퓨팅 접근법을 실행하는 퀴스킷 서버리스 같은 도구가 포함된다.

 

양자 노이즈의 성능 관리를 줄이고 양자 회로의 복잡성을 추상화해 양자 알고리즘 개발을 간소화하는 등의 기능을 위해 IBM, 알고리즘믹, 케드마, 큐나시스, Q-CTRL 및 멀티버스 컴퓨팅의 서비스를 이용할 수 있는 IBM 퀴스킷 함수 카탈로그가 있다.

 

고성능 컴퓨팅의 차세대 진화 단계인 양자 중심 슈퍼컴퓨팅에 대한 IBM의 비전은 병렬화된 워크로드를 실행하는 최첨단 양자 컴퓨터와 기존 컴퓨터를 통합해 복잡한 문제를 고성능 소프트웨어로 쉽게 분리하고, 가장 적합한 아키텍처로 알고리즘의 각 부분을 나누어 해결한 후, 문제를 부드럽고 빠르게 다시 서로 결합하는 방법으로 각각의 컴퓨팅 방식으로는 접근이 불가능하거나 어려운 알고리즘을 실행할 수 있도록 설계되고 있다. 

 

대표적으로, 일본의 국립 과학 연구 기관인 이화학연구소(RIKEN)와 선도적인 학술 의료 센터이자 생의학 연구 기관인 클리블랜드 클리닉은 유용성 단계의 IBM 퀀텀 시스템 원을 통해 화학의 기본이 되는 전자 구조 문제에 대한 알고리즘을 연구하고 있다. 이 프로젝트는 복잡한 화학 및 생물학적 시스템을 현실적으로 모델링하기 위한 양자 중심 슈퍼컴퓨팅 접근 방식의 첫 단계로, 과거에는 무결함 양자 컴퓨터가 필요할 것이라고 여겨졌던 작업이다. 

 

헬로티 서재창 기자 |