시스코, ‘유니버설 양자 스위치’ 시제품 공개…서로 다른 양자컴퓨터 연결 추진

시스코 시스템즈($CSCO)가 서로 다른 양자컴퓨터 간 양자 정보를 전달하면서도 ‘양자 상태’를 유지하는 네트워크 스위치 시제품을 공개했다. 양자컴퓨팅 상용화의 핵심 과제로 꼽히는 ‘확장성’ 문제를 네트워크 방식으로 풀겠다는 시도다.

이번에 공개된 ‘시스코 유니버설 양자 스위치’는 아직 연구용 프로토타입이지만, 여러 벤더의 양자 시스템을 하나의 네트워크처럼 연결할 수 있다는 점에서 의미가 크다. 지금까지 양자컴퓨팅 업계는 더 큰 단일 장비를 만드는 방식과 여러 장비를 묶어 하나의 시스템처럼 작동하게 하는 방식, 두 갈래로 발전해 왔는데 시스코는 후자에 초점을 맞췄다.

양자컴퓨터는 이미 일부 연구기관과 기업에서 고전적 슈퍼컴퓨터로는 풀기 어렵거나 시간이 지나치게 오래 걸리는 계산에 보조 프로세서처럼 활용되고 있다. 기업은 최적화, 신소재·신약 개발을 위한 분자 시뮬레이션, 양자내성암호에 주목하고 있고, 연구자들은 물리학, 시뮬레이션, 새로운 양자 알고리즘 개발에 집중하는 흐름이다.

다만 실용적 수준의 양자컴퓨팅으로 가기 위해선 ‘큐비트’ 수를 크게 늘려야 한다. 큐비트는 양자 정보의 기본 단위다. 현재 상용 수준의 양자컴퓨터는 수백~수천 개 수준에 머물고 있으며, 향후 몇 년 안에 수만 개 수준으로 확대될 전망이지만 실제 산업 현장에서 체감할 만한 성능 향상에는 수백만 큐비트가 필요하다는 평가가 많다.

서로 다른 양자컴퓨터를 하나의 네트워크로

시스코의 접근은 다양한 방식으로 정보를 인코딩하는 양자 시스템 사이에서 ‘번역기’ 역할을 하는 데 있다. 회사 측에 따르면 이 스위치는 상온에서 작동하고 기존 통신용 광섬유를 활용할 수 있다. 여기에 시스코 특허 기반 변환 기술을 적용해 서로 다른 양자 기술이 사용하는 입력·출력 인코딩 방식을 중계한다.

쉽게 말해 제조사가 다른 두 양자컴퓨터가 서로 다른 ‘언어’를 쓰더라도, 이 스위치를 거치면 데이터를 주고받을 수 있다는 뜻이다. 이는 특정 하드웨어 방식에 종속되지 않는 ‘범용 양자 네트워킹’의 핵심 요소로 평가된다.

비조이 판데이 시스코 아웃시프트 수석부사장 겸 총괄은 “양자 시스템을 연결하는 것이 진정한 확장성 달성의 핵심이라는 점을 오래전부터 인식해 왔다”며 “이번 성과는 중요한 진전이지만 시작에 불과하다”고 밝혔다.

스위치는 편광, 시간 구간, 주파수 구간, 경로 인코딩 등 주요 광 기반 인코딩 방식을 지원하도록 설계됐다. 양자 시스템은 광자에 정보를 담는 방식이 제각각이기 때문에, 범용 스위치는 단순히 신호를 전달하는 수준을 넘어 형식을 바꾸면서도 메시지를 손상시키지 않아야 한다.

시스코는 현재까지 편광 기반 방식에 대해 시스템 검증을 마쳤다고 설명했다. 편광은 광자의 진동 방향을 이용해 정보를 전달하는 방식으로, 선글라스의 빛 반사 감소 원리와 유사한 개념이다. 시간 구간과 주파수 구간 방식에 대한 지원은 향후 추가될 예정이다.

상용 제품은 아직… 향후 1~2년이 시험대

이 같은 범용성은 아직 표준이 정해지지 않은 양자 업계 특성상 더 중요하다. 현재 시장에서는 서로 다른 하드웨어 구조와 인코딩 방식이 병존하고 있어 어떤 기술이 장기 표준이 될지 확실하지 않다. 특정 방식 하나에만 맞춰 데이터센터나 연구시설을 구축할 경우, 시간이 지나면서 고가 장비가 빠르게 구식이 될 수 있다는 우려도 있다.

시스코는 자사 스위치가 연구기관과 기업이 맞춤형 장비와 범용 장비를 함께 활용하는 환경을 만들 수 있다고 보고 있다. 네트워크 중간에서 스위치가 변환을 맡으면 모든 시스템이 같은 고유 언어를 사용할 필요가 없고, 그만큼 양자 네트워크 확장도 쉬워진다는 설명이다.

현재 데이터센터 밖에서 연결 가능한 거리는 최대 100킬로미터 수준으로 제시됐다. 다만 시스코는 시간이 갈수록 거리 제약은 점차 줄어들 것으로 전망했다.

다만 이번 장비는 아직 정식 상용 제품이 아니다. 시스코는 ‘유니버설 양자 스위치’가 작동 가능한 연구용 프로토타입이며, 상용화 이전에 변환 기술과 양자 상태 보존 관련 핵심 기술을 추가 검증해야 한다고 선을 그었다.

회사의 장기 구상은 양자 네트워킹을 위한 하드웨어, 소프트웨어, 프로토콜 전반을 구축해 향후 양자 애플리케이션이 올라가는 기반 스택을 만드는 것이다. 시스코는 앞으로 1~2년이 하드웨어와 소프트웨어 전반에서 이 비전의 실현 가능성을 검증하는 중요한 시기가 될 것으로 보고 있다.

한편 시스코는 이 같은 양자 네트워크 전략을 위해 IBM($IBM), 커넥트, 아톰 컴퓨팅 등과 협력하고 있다. 업계에서는 개별 양자컴퓨터의 성능 경쟁을 넘어, 서로 다른 시스템을 묶는 ‘연결의 기술’이 실용적 양자 시대를 앞당길 변수로 떠오르고 있다.