[테크월드=선연수 기자] 인텔 랩(Intel Labs)이 지난 10일 풀스택 양자 컴퓨팅 시스템을 더욱 가속화할 수 있는 극저온을 이용한 제어 칩, 코드명 ‘호스 리지(Horse Ridge)’를 발표했다.
델프트 공과대학교(TU Delft)와 네덜란드 응용과학연구기구(TNO) 간 협업을 바탕으로 큐텍(QuTech)과 인텔 연구자들이 공동 개발한 호스 리지는 인텔의 22nm 공정 핀펫 기술에 기반해 제작됐으며, 이를 활용해 다수의 큐비트를 동시에 제어함으로써 더 큰 규모의 양자 컴퓨팅 시스템으로 확장의 실현 가능성을 열었다.
극저온 제어 칩, 호스 리지
미국 오리건(Oregon)주에서 가장 추운 지역 중 하나인 ‘호스 리지’에서 이름을 딴 이 제어 칩은 4켈빈(-269.15℃)에 이르는 극저온에서 작동하는 제어 칩이다. 4켈빈은 절대 영도(-273.15℃)보다 조금 높은 온도로, 절대 영도에서는 원자들이 거의 움직이지 않는다.
현재 인텔은 양자 시스템이 요구하는 것보다 약간 높은 온도에서 작동할 수 있는 실리콘 스핀 큐비트에 대한 연구를 진행하고 있다.
현재 양자 컴퓨터는 절대 영도보다 아주 조금 높은 밀리켈빈(millikelvin) 범위에서 작동한다. 그러나 인텔은 이보다 조금 더 높은 1켈빈(Kelvin) 이상의 온도에서 작동할 수 있는 ‘실리콘 스핀 큐비트’에 대한 연구를 진행하며, 양자 시스템 냉각으로 인한 과제를 줄이기 위해 노력하고 있다.
이에 이번 호스 리지 개발은 놀라운 성과이며, 향후 인텔은 극저온 제어 장치와 실리콘 스핀 큐비트가 동일한 온도 수준에서 작동하는 것을 목표로 하고 있다.
큐비트 성능 높이고, 케이블 복잡성 낮추고
지금까지 대부분의 연구원들은 양자 장치의 잠재력을 입증하기 위해 소규모 양자 시스템 구축에 주력하며, 연산 기기와 극저온 냉장고 내 양자 시스템 간의 연결에 기존 전자 도구와 고성능 컴퓨팅 랙스케일 기구를 이용해왔다. 그러나 이 장치들은 개별 큐비트 제어에 맞춰 제작돼, 양자 프로세서를 제어하기 위해서는 냉장고 안팎으로 수백 개의 와이어를 연결해야 한다. 소규모가 아닌 수백, 수천 큐비트의 대규모 양자 시스템으로 확장한다면, 그에 상응해 케이블도 무수히 늘어나는 것이다.
혼합신호 SoC인 호스 리지는 양자 냉장고 안에 큐비트 제어장치를 투입해, 큐비트들을 최대한 근접하게 위치시킨다. 이는 냉장고 안팎 수백 개의 케이블을 양자 디바이스 근처에서 작동하는 단일 통합 패키지로 만들어, 양자 제어 공학의 복잡성을 줄여 준다.
호스 리지는 냉장고 안에서 작동하는 큐비트를 제어하는 무선 주파수(RF, Radio Frequency) 프로세서의 역할을 하도록 설계됐다. 기본적인 큐비트 조작 명령어로 프래그램돼, 명령어를 전자파 펄스로 변환해 큐비트의 상태를 조작할 수 있다.
즉, 호스 리지는 양자 시스템 작동에 필요한 전자 제어 장치를 단순화한다. 부피가 큰 기기를 통합 SoC(System-on-Chip)로 교체해 시스템 설계를 간소화하고, 정교한 신호 처리 기법으로 설정 시간을 단축하고 큐비트 성능을 높이며, 보다 큰 큐비트 단위로 효율적인 시스템 확장을 할 수 있을 것으로 본다.
인텔 양자 하드웨어부문 짐 클라크(Jim Clarke) 총괄은 “큐비트의 성능을 보이는 실험용 칩 개발 과정인 ‘큐비트 패브리케이션(Qubit Fabrication)’에는 많은 연구원들이 노력을 기울여왔다. 그러나 잠재력만이 아닌 실제 시스템 구현 역량을 보장하지는 않는다”며, “다수의 큐비트를 동시에 제어하는 것은 대규모 양자 시스템 상용화에 있어 퍼즐의 필수 조각이다. 현재 인텔은 호스 리지와 같은 기술로 양자 컴퓨팅 테스트를 가능케 하고, 기술 확장 시행을 돕는 제어 시스템을 개발해오고 있다”고 전했다.
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