학부생의 돌파구: 노이즈 속에서 100큐비트를 가다

student가 학생이 양자 컴퓨터의 노이즈라는 거대한 장벽 앞에서 작은 스파크를 일으켰다. 연세대 물리학과 학부생 최석원 씨는 127큐비트 규모의 IBM 양자컴퓨터를 이용해 100큐비트급 시뮬레이션을 수행하고, 그 결과를 국제 학술지 journal 저널 『피지카 스크립타』에 발표했다. 이는 단순한 성과를 넘어, 계산 환경이 극도로 불안정한 현세대 양자 장비에서도 실질적인 research가 연구가 가능하다는 evidence를 증거를 제시한 것이다. 학부 과정에 있는 인재가 국제 공동연구를 이끌었다는 점에서, academic의 학계의 시선이 쏠릴 만하다.

system의 시스템의 노이즈는 양자컴퓨터가 오랫동안 풀지 못한 숙제였다. error가 오류가 쌓이면 계산 결과는 산산조각이 나기 일쑤였다. 하지만 이번 연구진은 기법들을 조합해 완화의 실마리를 잡았다. ‘자가 완화’라 불리는 이 방식은 accuracy를 정확도를 유지하면서 3000개 이상의 게이트를 포함한 복잡한 회로를 구동했고, 최대 104큐비트까지 확장 가능한 시뮬레이션을 보여줬다. 고전 컴퓨터로는 사실상 불가능한 작업이었다.

측정의 대상도 주목할 만하다. 연구진은 ‘얽힘’이라는 양자 특유의 현상을 수치화한 엔탱글먼트 엔트로피를 직접 추정하는 프로토콜을 구현했다. result는 결과는 이론과 일치했고, 이는 양자컴퓨터가 단순한 연산기가 아니라, physical 물리적 현상을 탐구하는 laboratory의 실험실로서의 역할도 할 수 있음을 시사한다. 복잡도가 높은 다체계를 다루는 데 양자장비가 실제 tool이 도구가 되고 있음을 보여주는 대목이다.

현재의 양자컴퓨터는 완전한 오류 정정이 없는 NISQ(noisy 노이지) 환경에 머물러 있다. 그런 맥락에서 이번 성과는 practical 실용적 가능성을 여는 step으로 단계로 평가된다. 최석원 researcher는 연구자는 "노이즈가 있어도 적절한 기법으로 대규모 연구가 가능하다"고 말했다. future의 미래의 과학은 이런 조각조각의 돌파로 만들어진다. 작은 회로 안에 들어 있는, 그러나 무한히 큰 가능성의 세계가 펼쳐지는 순간이었다.