중국 연구진은 세계에서 가장 강력한 고전 슈퍼컴퓨터보다 훨씬 빠르게 벤치마크 문제를 해결한 광자 양자 컴퓨터인 Jiuzhang 4.0을 발표했습니다. 이 시스템은 양자 우위를 테스트하는 보손 샘플링 작업을 단 몇 초 만에 완료했으며, 가장 빠른 고전 슈퍼컴퓨터의 경우 동일한 계산에 수천 년이 소요됐을 것으로 추정됩니다. 이 성과는 광자 양자 컴퓨팅 분야에서의 중대한 도약을 보여주며, 중국이 해당 분야에서 선도적 위치를 공고히 했음을 입증합니다.
보손 샘플링의 의미
보손 샘플링은 구별 불가능한 광자가 네트워크를 통과할 때의 행동을 시뮬레이션하는 특수 설계 문제입니다. 광자의 수가 늘어날수록 가능한 결과의 수가 지수 함수적으로 증가하기 때문에 고전 컴퓨터로는 매우 해결하기 어려운 문제입니다. 반면 광자 자체를 활용하는 양자 컴퓨터는 자연스럽게 이 계산을 처리할 수 있습니다. Jiuzhang 4.0은 고전적 시뮬레이션을 거치지 않고 광자 회로와 검출기 시스템을 직접 활용해 샘플링 작업을 수행합니다.
속도는 얼마나 빠른가?
Jiuzhang 4.0 개발팀은 이 양자 컴퓨터가 보손 샘플링 문제를 수 분의 1초 만에 해결했다고 밝혔습니다. 반면 2025년 기준 최첨단 고전 슈퍼컴퓨터는 동일한 계산을 완료하는 데 약 10,000년이 소요될 것으로 예측됩니다. 이러한 다수의 수위(orders of magnitude)에 달하는 속도 향상은 연구자들이 양자 우세(quantum supremacy)라 부르는 현상이지만, 이 용어는 해당 문제가 양자 시스템에 특화되어 있어 논란의 여지가 있습니다.
광자 양자 컴퓨팅의 중요성
현재 대부분의 양자 컴퓨터는 초전도 회로, 포획 이온 또는 기타 고체 상태 플랫폼에 의존하지만, 광자 양자 컴퓨터는 조작이 용이하고 초고속 이동이 가능한 빛 입자를 사용합니다. 또한 상온에서 작동해 초전도체에 필요한 극저온 냉각을 피할 수 있습니다. 그러나 과거에는 광자 수 확장과 낮은 오류율 유지에 어려움이 있었습니다. Jiuzhang 4.0은 보сон 샘플링 분야에서 이러한 한계를 상당 부분 극복한 것으로 보입니다.
광자 양자 컴퓨팅 분야 중국의 우위
Jiuzhang 4.0은 중국 연구진이 개발한 광자 양자 컴퓨터 시리즈의 최신작입니다. 이전 버전인 Jiuzhang 1.0, 2.0, 3.0은 각각 광자 수와 속도 기록을 세웠으며, 4.0 버전은 중국의 주도적 위치를 더욱 공고히 했습니다. 미국, 캐나다, 영국 등 다른 국가들이 경쟁 양자 기술에 자원을 투입하고 있지만, 보손 샘플링 작업에서는 아직 이 성능을 따라잡지 못하고 있습니다.
현재 과제는 Jiuzhang 4.0을 벤치마크 문제를 넘어 화학 또는 재료 과학 분야의 양자 시뮬레이션과 같은 실제 응용으로 확장하는 것입니다. 연구진은 고전 컴퓨터로 해결할 수 없는 실용적 문제를 광자 양자 컴퓨터가 해결할 수 있음을 입증해야 합니다. Jiuzhang 개발팀은 향후 수개월 내 동료 검토 학술지에 상세한 논문을 게재해 결과의 독립적 검증을 받을 예정입니다.
