양자컴퓨터를 만드는 회사는 최근 몇 년 동안 놀라운 발전을 이루었으며 하드웨어는 문제의 절반에 불과하다. 이제 업계 리더인 IBM은 이러한 시스템을 잘 활용할 수 있는 소프트웨어를 개발하는 방법에 대한 비전을 공유했다.

지금까지 양자컴퓨터에 대한 언론 보도의 대부분은 IBM과 주요 경쟁사인 Google 간의 경쟁을 중심으로 대부분의 큐비트를 프로세서에 집어넣는 것이다. 작년에 IBM은 심지어 2023년까지 1,121큐비트 장치를 예측하는 양자컴퓨터의 미래에 대한 로드맵을 공개했다.

그러나 이러한 시스템은 실행할 프로그램이 없으면 아무 소용이 없다. 그리고 양자컴퓨터가 작동하는 이상한 방식으로 인해 기존 컴퓨터 용으로 설계된 소프트웨어를 부팅할 수는 없다.

우선, 기본 하드웨어는 기존 컴퓨터가 구축된 트랜지스터와 크게 다르며, 초전도 코일에서 갇힌 이온까지 영역을 실행하는 것보다 실제로 여러 경쟁 기술이 있다.

또한 이 하드웨어를 사용하여 소프트웨어 설계자가 익숙한 바이너리 비트 (값이 1 또는 0 일 수 있음)를 구현하는 대신 양자컴퓨터의 핵심 큐비트는 다음과 같은 다양한 상태를 차지할 수 있다. 1과 0이다.

이러한 큐비트는 기존 컴퓨터의 비트처럼 깔끔하게 정의되지 않았다. 이러한 기계의 힘의 대부분은 얽힘의 양자 현상을 사용하여 많은 큐 비트의 값을 본질적으로 연결하는 데 있다. 이것이 양자컴퓨터의 힘이 큐비트 수에 따라 기하급수적으로 확장되는 이유이지만 큐비트를 다루는 것은 큰 골칫거리이다.

양자 물리학의 확률론적 특성은 양자컴퓨터가 답에 도달하는 방식이 고전 컴퓨터와 매우 다르다는 것을 의미한다. 그들은 종종 동일한 문제를 여러 번 실행하고 깔끔하고 논리적인 경로를 따르지 않고 결과의 평균을 취해야 한다.

이 모든 것은 컴퓨팅 스택의 모든 계층을 재 설계해야 함을 의미하며, IBM은 이제 이 프로세스가 어떻게 진행되어야 하는지에 대한 비전을 공개했다. 전략의 핵심은 문제에 대한 오픈 소스 접근 방식으로 가능한 한 많은 개발자를 프로세스로 끌어들이고, 소프트웨어 이정표를 작년에 출시한 하드웨어와 일치시키려고 노력했다.

오늘날의 시끄러운 소규모 장치에서 미래의 더 크고 진보된 양자 시스템으로 양자컴퓨터를 발전시키기 위한 IBM의 로드맵을 살펴보라. 이미지 출처: IBM 용 StoryTK

첫 번째 단계는 기본 하드웨어의 작동을 실제로 제어할 최저 수준의 소프트웨어를 개발하는 것이다. 이를 위해 회사는 올해 언젠가 다양한 하드웨어에서 양자 프로그램을 실행하는 데 사용되는 Qiskit 소프트웨어에 대한 업데이트를 출시할 계획이다.

양자컴퓨터를 운영하려면 실제로 기존 구성 요소와 양자 구성 요소 간의 섬세한 상호 작용이 필요하며, 업데이트는 속도를 높이기 위해 이러한 워크로드의 균형을 다시 조정한다. 또한 사용자 컴퓨터에서 프로그램의 고전적인 부분을 실행하는 대신 양자 프로세서 바로 옆에 있는 기존 하드웨어에 업로드하여 통신 대기 시간을 줄인다.

이 업데이트를 결합하면 일부 양자 프로그램의 속도가 100배 향상될 것이다. 이 회사는 현재 몇 달이 걸리는 계산에 몇 시간이 걸릴 것이라고 말한다.

2023년까지 추가 업데이트는 개발자가 작업할 수 있는 양자 회로의 종류를 크게 확장하고 새로운 제어 시스템을 통해 훨씬 더 큰 양자 하드웨어를 활용할 수 있게 될 것이다. 1,121 큐비트 콘도르 프로세서를 출시할 예정인 시기이다.

이 시점에서 IBM은 양자 소프트웨어 환경이 개발자가 더 이상 장치 수준에서 프로그래밍 할 필요가 없을 만큼 구체화될 것이라고 생각한다. 이것은 근본적인 물리학을 실제로 이해하지 않고도 훨씬 더 많은 사람들이 이러한 시스템으로 작업을 시작할 수 있기 때문에 중요한 단계가 될 것이다.

2025년까지 그들은 개발자와 사용자가 더 이상 자신의 프로그램을 실행하는 하드웨어의 종류에 대해 생각할 필요가 없고 양자 프로세스가 일반 워크플로에 원활하게 통합되는 "마찰 없는 양자컴퓨팅"시대에 접어들 것이라고 생각한다.

로드맵 작성자는 "2030년까지 기업과 사용자가 하루에 1조 개는 아니더라도 수십억 개의 양자 회로를 실행하고 있다는 사실을 깨닫지 못한 채로 실행되기를 바란다."고 적었다.

IBM은 이제 양자컴퓨팅에 대한 큰 추진력이 결실을 맺을 경우 추적해야 할 공격적이고 야심 찬 두 가지 일정을 정했다. 그 과정에서 딸꾹질이 발생할 수밖에 없지만 일정을 어느 정도 유지할 수 있다면 양자컴퓨팅은 10년 안에 상용화가 될 수 있다.

이미지 출처: IBM의 Connie Zhou