아이온큐 Aria Forte, 상업적으로 이용 가능한 양자 컴퓨터

 

23년 5월 19일, 아이온큐 Aria가 기록적인 20개의 알고리즘 큐비트(#AQ)를 달성했다. 아이온큐 Aria는 단일 알고리즘으로 수백 개의 양자 게이트를 실행할 수 있는 반면, 이전 양자 컴퓨터는 한 번에 수십 개의 양자 게이트만 실행할 수 있었다.

 

현재 양자 컴퓨팅 산업은 큐비트 만으로 양자 컴퓨터의 성능을 이해하기 쉽지 않다. 여전히 초기 산업이도 소수의 사람들이 조금씩 양자 컴퓨팅을 이해하고 있지만, 양자 컴퓨팅에 대해 배울 곳도 거의 없다.

 

개발 초기에 양자 컴퓨팅에서 가장 의미 있는 단일 숫자 메트릭은 뭐가 있을까?

 

연결성이나 게이트, 오류율, 큐비트와 같은 개별 기능에 관심을 갖는 대신 알고리즘 큐비트(#AQ)라고 부르는 실제 문제를 해결하기 위한 기본 알고리즘을 실행하는 것이다.

 

 

 

알고리즘 큐비트란 응용 프로그램에 자주 사용되는 엄선된 벤치마크 양자 알고리즘을 실행할 수 있는 능력을 요약하여, 양자 컴퓨터가 고객의 실제 문제를 해결하는 데 얼마나 유용한지 보여주는 도구이다.

 

지금은 제대로 이해하기 어렵지만, 10년 이상을 바라보고 있는 양자 컴퓨팅 산업이라는 점을 생각했을 때 이해도는 조금씩 올라갈 것이다.

 

 

 

* 양자 게이트 : 고전 컴퓨터는 '논리 게이트'를 사용한다. 비트를 입력으로 받고, 비트를 출력하는 단순 연산 단위이다. 화살표가 0이면 0일 확률 100%, 1이면 1일 확률 100%인데 구면의 중간 지점을 가리킨다면 0일 확률과 1일 확률이 모두 50%일 것이다. 동일한 확률로 중첩되어 있는 것이다.

Pauli X 게이트라는 양자 논리 게이트는 확률을 반대로 바꾸어 주는 역할을 하는데 0이 1로, 1이 0으로, 80%가 20%가 됩니다.

Handmard 게이트는 중첩인 상태를 만들어주는 게이트이다. 블로흐 구면 위에서 x축과 y축이 이루는 각을 이등분하는 선을 기준으로 대칭하는 것이다.

 

* 양자 얽힘 : 두 양자 물질이 얽혀있는 상태에서 둘 중 하나를 관측하면 나머지 상태도 즉시 알 수 있다는 것이다.

 

양자 얽힘을 나타내는 양자 논리 게이트는 CX(Controlled Pauli X)게이트이다. CX 게이트는 두 개의 큐비트를 대상으로 움직이는데 하나는 비트, 하나는 타겟 비트라고 한다.

CX 게이트는 컨트롤 비트가 1일 때만 타겟 비트에 Pauli X 게이트 역할을 하며, 한 큐비트가 다른 큐비트의 상태에 영향을 눈다. 이런 성질로 인해 양자 읽힘을 나타내는데 사용한다.

Pauli 게이트는 X, Y, Z가 존재하는 것처럼 CX 게이트 외에도 CY, CZ 게이트 역시 존재한다.

 

 

23년 6월 23일, 아이온큐(IonQ) Forte는 상업적으로 이용 가능하다는 것을 발표하였다. 아이온큐는 실용적인 알고리즘에 대한 유용하고 측정 가능한 결과를 알려주는 컴퓨터의 능력을 기반으로 성능을 측정한다.

 

양자 경제 개발 컨소시엄(QED-C)에 따르면, Forte는 음향 광학 편향기를 통합하여 이온 체인의 개별 큐비트에서 레이저 빔을 직접 연결하여 논리 게이트를 적용하고, Forte가 공간의 큐비트 배열을 분리하여 더 높은 성능, 더 많은 큐비트 지원으로 이어진다.

 

Forte의 컴퓨팅 파워는 알고리즘 큐비트 29로 증가했고, 840개의 게이트를 사용하는 회로를 실행할 수 있는데, 고객은 양자 컴퓨터가 제공하는 것보다 훨씬 적은 큐비트를 사용하는 회로를 작성하도록 조건화 되어 있다. 양자 컴퓨터가 사용 가능한 모든 큐비트를 사용하는 회로를 성공적으로 실행할 수 없기 때문이다.

 

Forte는 #AQ 29에서 고객에게 사용할 수 있는 계산 상태를 536,870,912개로 늘렸다.

 

이후 #AQ가 29개에서 35개로 늘어나면 사용가능한 계산은 34,359,738,368개이고, 64개로 늘어난다면 18,446,744,073,709,551,616개로 늘어난다. 게다가 2030년 쯤에는 #AQ가 1,000개로 늘어날 목표를 가지고 있다고 하니, 사용 가능한 계산은 기하급수적으로 증가한다.