나델라, 마이크로소프트의 양자 돌파구 공개: 마요라나 1 설명

Microsoft는 토포컨덕터라는 새로운 종류의 소재를 기반으로 한 획기적인 양자 처리 장치(QPU)인 마요라나 1을 공개했습니다. 사티아 나델라 CEO에 따르면 이번 개발은 실용적인 양자 컴퓨팅을 향한 큰 도약을 의미합니다.

 

 그는 이 돌파구를 "새로운 물질 상태"의 창조로 설명하며, 이전보다 더 작고 빠르며 안정적인 양자 비트(큐비트)를 가능하게 했습니다. 이러한 발전의 의미는 방대하여 유용한 양자 컴퓨팅의 타임라인을 수십 년에서 불과 몇 년으로 줄일 수 있습니다.  

 

양자 컴퓨팅이란 무엇인가요?  

 

 이진 비트(0과 1)를 사용하여 정보를 처리하는 기존 컴퓨터와 달리, 양자 컴퓨터는 중첩이라는 원리를 통해 여러 상태로 동시에 존재하는 큐비트를 사용합니다. 이 능력은 양자 컴퓨터가 한 번에 문제에 대한 여러 해결책을 탐구할 수 있게 하여, 특정 유형의 계산에서 고전적인 기계를 크게 능가합니다.   

또 다른 주요 양자 특성은 얽힘으로, 큐비트가 거리에 관계없이 한 큐비트의 상태를 변경하면 즉시 다른 큐비트에 영향을 미치는 방식으로 연결됩니다. 이를 통해 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터가 완료하는 데 수백만 년이 걸리는 계산을 수행할 수 있습니다.  

 

양자 컴퓨팅은 얼마나 강력할 수 있을까요?

 

완전한 기능을 갖춘 양자 컴퓨터는 다음과 같은 분야에 혁명을 일으킬 수 있습니다:  

 

- 암호화: 초고속 보안 양자 통신을 가능하게 하면서 암호화를 몇 초 만에 중단합니다.  

- 약물 발견 및 재료 과학: 원자 수준에서 분자 상호작용을 시뮬레이션하여 새로운 의약품과 재료를 개발합니다.  

- 인공지능 및 최적화:기계 학습 속도를 높이고 고전 컴퓨터가 도달할 수 없는 최적화 문제를 해결합니다.  

- 기후 및 에너지: 탄소 포집, 핵융합 및 보다 효율적인 에너지 그리드를 위한 화학 공정 최적화.  

 

예를 들어, 구글의 양자 칩은 최근 고전적인 슈퍼컴퓨터가 "우주의 나이보다 더 오래" 완성되는 문제를 5분 만에 해결했습니다.  

마요라나 1이란 무엇이며 왜 중요합니까? 

새로운 종류의 큐비트: 위상 큐비트: Microsoft의 "Majorana 1 칩"은 근본적으로 새로운 유형의 큐비트인 "토폴로지 큐비트"를 사용하여 구축된 최초의 QPU입니다:  

작음: 마요라나 큐비트는 이전 큐비트보다 100배 더 작습니다.  

더 안정적입니다: 그들은 자연적으로 환경 소음으로부터 보호되어 오류를 줄입니다.  

확장 가능: 이 칩은 단일 칩에서 최대 100만 개의 큐비트를 지원할 수 있는 반면, 오늘날의 양자 칩은 약 1,000큐비트까지 지원할 수 있습니다.  

마요라나 1: 어떻게 작동하나요?

Microsoft의 돌파구는 지금까지 이론적으로만 존재했던 특수한 유형의 준입자인 마요라나 제로 모드(MZM)에 의존하고 있습니다. 이러한 입자를 만들기 위해 Microsoft는 인듐 아르세나이드(반도체)와 알루미늄(초전도체)을 결합한 새로운 소재인 탑컨덕터를 설계했습니다.   

절대 영도에 가까운 온도로 냉각되고 정밀한 자기장에 노출되면, 이러한 물질들은 마요라나 입자를 수용하는 위상 초전도성이라는 상태를 형성합니다. 이 마요라나 제로 모드는 마이크로소프트 큐비트의 기본이 되며, 전자가 두 개의 MZM 사이에 공유되어 환경에 보이지 않게 됩니다. 이 설계는 양자 오류를 크게 줄입니다.  

마요라나 1: 이것이 왜 게임 체인저인가요? 

1. 양자 오류를 줄입니다: 전통적인 큐비트는 0과 1 사이에서 뒤집히기 쉽기 때문에 복잡한 오류 수정이 필요합니다. 마요라나 큐비트는 본질적으로 안정적이어서 추가 오류 수정의 필요성을 줄여줍니다.  

2. 측정 기반 양자 컴퓨팅: Microsoft의 접근 방식은 복잡한 아날로그 신호에 의존하는 대신 디지털 펄스를 사용하여 큐비트를 제어하고 측정하므로 대규모 양자 계산이 훨씬 쉬워집니다.  

3. 확장성:이 접근 방식은 칩에 수백만 개의 큐비트를 장착함으로써 수십 년이 아닌 수년 내에 내결함성 양자 컴퓨팅을 현실적으로 만듭니다.   

Microsoft의 양자 로드맵   

Microsoft는 2004년부터 양자 컴퓨팅을 추구해 왔습니다. 마요라나 1의 출시는 중요한 이정표이지만, 회사의 로드맵에는 다음과 같은 내용이 포함되어 있습니다:  

- 내결함성 프로토타입(FTP): 수십 년이 아닌 수년 내에 자체 오류를 수정할 수 있는 양자 컴퓨터.  

- 유틸리티 규모의 양자 컴퓨터: 고전적인 능력을 훨씬 뛰어넘는 실제 문제를 해결할 수 있는 기계.  

- DARPA와의 협업: Microsoft는 실용적인 양자 컴퓨터 구축을 목표로 하는 US2QC 프로그램으로 국방고등연구계획국(DARPA)에 의해 선정되었습니다.  

- 내결함성 프로토타입(FTP): 수십 년이 아닌 수년 내에 자체 오류를 수정할 수 있는 양자 컴퓨터.  

- 유틸리티 규모의 양자 컴퓨터: 고전적인 능력을 훨씬 뛰어넘는 실제 문제를 해결할 수 있는 기계.  

- DARPA와의 협업: Microsoft는 실용적인 양자 컴퓨터 구축을 목표로 하는 US2QC 프로그램으로 국방고등연구계획국(DARPA)에 의해 선정되었습니다.  

 

양자 컴퓨팅은 오랫동안 취약한 큐비트와 높은 오류율로 인해 어려움을 겪어왔지만, Microsoft의 위상 큐비트 접근 방식을 통해 마침내 양자 컴퓨팅의 잠재력을 최대한 발휘할 수 있었습니다. 성공한다면, 이것은 우리가 알고 있는 산업, 과학, 사회를 재편하는 새로운 컴퓨팅 시대의 시작이 될 수 있습니다.