아이비엠($IBM), 120큐비트 양자컴퓨터 시카고서 가동

아이비엠($IBM)이 6일(현지시간) 미국 시카고 하이드파크에서 프로그래밍 가능 큐비트 120개를 갖춘 아이비엠 퀀텀 시스템 투(IBM Quantum System Two)를 가동했다. 장비에는 나이트호크 r2(Nighthawk r2) 프로세서가 탑재됐다.

아이비엠 양자 플랫폼은 ‘ibm_chicago’ 장비를 온라인 상태로 표시하고 프로세서를 나이트호크 r2로 명시했다. 플랫폼에는 프로그래밍 가능 큐비트 120개와 물리적 양자 요소 458개가 표시돼 있다.

장비는 시카고대(University of Chicago)가 있는 하이드파크에 임시 설치됐다. 아이비엠은 11월 6일 발표에서 하이드파크 랩스에 먼저 설치한 장비를 일리노이 양자·마이크로일렉트로닉스 파크(IQMP) 캠퍼스로 옮길 계획이라고 밝혔다.

큐비트는 양자컴퓨터가 정보를 처리하는 기본 단위다. 120개는 프로그래밍 가능한 큐비트 수이며, 458개는 이를 포함한 전체 물리적 양자 요소 수를 가리킨다.

아이비엠은 8월 31일 나이트호크 r2 기술 설명에서 458개 요소가 큐비트 120개와 연결기 218개, 큐비트 재설정 요소 120개로 구성된다고 밝혔다. 연결기와 재설정 요소는 연산용 큐비트 수에 더해지는 별도 장치다.

크립토브리핑(Crypto Briefing)은 나이트호크의 정사각 격자 구조가 아이비엠의 이전 설계보다 큐비트 간 연결성을 높이며, 헤론급 프로세서보다 회로 복잡도를 약 30% 높인다고 보도했다.

아이비엠은 나이트호크 r2가 초당 10만 개 이상의 양자 회로를 실행하며, 회로 처리량은 기존 헤론(Heron) 프로세서보다 최대 25배 높다고 밝혔다. 아이비엠이 제시한 헤론의 처리량은 초당 약 4000개 회로다.

이 프로세서는 회로 실행 사이에 큐비트를 빠르게 초기화하는 재설정 구조도 갖췄다. 아이비엠은 이 방식으로 장치 전체의 초기화 오차를 약 25배 줄였으며, 회로 실행 사이의 대기 시간을 1마이크로초까지 줄일 수 있다고 설명했다.

아이비엠은 7500개가 넘는 게이트가 포함된 회로에서 관측값을 정확하게 추정한 결과도 제시했다. 이는 아이비엠이 앞서 공개한 프로세서 성능 설명에 담긴 내용으로, 시카고 설치 뒤 현장에서 별도로 측정한 수치로 소개된 것은 아니다.

아이비엠과 일리노이주 정부는 2024년 12월 시카고의 IQMP에 국가 양자 알고리즘 센터(National Quantum Algorithm Center)를 세우기로 협력한다고 발표했다. 아이비엠 퀀텀 시스템 투를 이 센터의 연구 기반으로 활용하는 구상이었다.

당시 아이비엠은 IQMP에 배치할 시스템 투에 헤론 프로세서를 탑재할 계획이라고 밝혔다. 이번 시카고 장비의 프로세서는 아이비엠 플랫폼에 나이트호크 r2로 표시돼 있다.

아이비엠과 시카고대 연구진은 7월 30일 별도 실험에서 논리 큐비트 70개를 사용해 고전 컴퓨터로 풀기 어려운 계산을 수행했다고 발표했다. 연구진은 계산 결과를 검증할 수 있는 양자 우위 실증으로 설명했으며, 이 실험은 이번 장비 설치와 별개의 연구다.

아이비엠의 양자 하드웨어 계획에는 생산 기반 확충도 포함된다. 아이비엠 계열 파운드리 앤더론(Anderon)은 앞서 양자 웨이퍼 생산을 위한 10억달러(약 1조3480억원) 규모의 CHIPS 지원 계약을 마무리했다.

일리노이주 정부는 4월 29일 아이비엠이 IQMP에 퓨처나우 시카고(FutureNow Chicago) 딜리버리 센터를 마련하고 향후 5년간 기술 분야 정규직 750명을 채용한다고 발표했다. 센터는 아이비엠 고객과 업계 파트너의 기술 과제를 지원하는 거점으로 소개됐다.

퓨처나우 시카고는 IQMP 내 퀀텀 웍스(Quantum Works) 건물의 주요 입주 시설로 계획됐다. 이 건물에는 국가 양자 알고리즘 센터와 일리노이대 연구 조직, 인력 개발 프로그램도 들어설 예정이다.