파이썬으로 더 쉽게…퀀티뉴엄, 양자 프로그래밍 언어 '구피' 공개

양자컴퓨팅 기업 퀀티뉴엄(Quantinuum)이 파이썬에서 바로 사용할 수 있는 양자 프로그래밍 언어 '구피(Guppy)'를 공개했다. 복잡한 양자 연산도 파이썬 문법으로 쉽게 다룰 수 있도록 설계돼, 개발자 진입 장벽을 낮춘 것이 특징이다. 특히 이 언어는 퀀티뉴엄이 개발 중인 차세대 양자컴퓨터 '헬리오스(Helios)' 시스템을 염두에 두고 설계돼, 향후 고성능 양자 하드웨어와의 자연스러운 연계를 목표로 한다. 20일 퀀티뉴엄 소프트웨어팀은 구피와 함께 이를 테스트할 수 있는 에뮬레이터 '셀레네(Selene)'를 출시했다고 공식 홈페이지를 통해 밝혔다. 구피는 파이썬 안에 내장되는 형태의 프로그래밍 언어다. 여기서 내장은 전자기기용 임베디드 시스템과 달리 파이썬 코드 안에서 하나의 도구처럼 자연스럽게 작동한다는 의미다. 기존 컴퓨터와 양자 컴퓨터의 제어 흐름을 하나의 파이썬 코드 안에서 일관되게 통합할 수 있도록 설계됐다. 덕분에 일반적인 파이썬 프로그래머라면 새로운 문법을 따로 익히지 않아도 함수, 변수, 조건문, 반복문 등 익숙한 방식으로 양자 알고리즘을 작성할 수 있다. 복잡한 회로 수준의 연산을 일일이 조작하지 않고도 고수준에서 양자 연산을 설계할 수 있는 것이 구피의 강점이다. 기존 양자 프로그래밍 언어는 수학적 추상화나 회로 지식이 필요해 입문이 어려웠고, 고전 연산과 양자 연산이 코드 상에서 분리돼 흐름이 끊기는 단점이 있었다. 구피는 이런 구조적 불편을 해소하고, 고전과 양자를 하나의 흐름 안에서 제어할 수 있게 한다는 점에서 새로운 접근으로 평가된다. 양자컴퓨팅에서는 일반 컴퓨터와 달리 '복제할 수 없음(no-cloning)', '삭제할 수 없음(no-deleting)' 같은 특이한 물리 법칙이 존재한다. 기존 컴퓨터에서는 데이터를 복사하거나 삭제하는 것이 자유롭지만, 큐비트는 한 번 측정하거나 복제하면 상태가 바뀌거나 손실되기 때문에 물리적으로 그대로 복제하거나 완전히 지우는 것이 불가능하기 때문이다. 이러한 제약은 양자 알고리즘을 설계할 때 개발자가 실수로 물리 법칙을 위반하는 코드를 작성할 가능성을 높인다. 이를 방지하기 위해 구피는 언어 설계 단계에서부터 안전장치를 마련했다. 구피는 '소유권(ownership)'과 '빌림(borrowing)'이라는 개념을 도입한 타입 시스템을 통해, 같은 큐비트를 두 번 사용하는 코드나 잘못된 복제·삭제 시도를 사전에 차단한다. 양자물리와 소프트웨어 안전성을 함께 고려한 이 설계 방식은 올해 미국에서 열린 '프로그래밍 언어 원리(POPL)' 학회와 'PLanQC' 워크숍에서 논문으로 발표된 바 있다. 이 프로그래밍 언어는 퀀티뉴엄에서 현재 개발 중인 양자 하드웨어 '헬리오스'에 최적화돼 있다. 헬리오스는 수십 개의 큐비트를 자유롭게 연결하고 제어할 수 있는 고성능 양자컴퓨터 시스템으로, 구피는 향후 이 시스템의 성능을 최대한 활용할 수 있도록 설계됐다. 즉, 구피는 헬리오스를 비롯한 차세대 양자컴퓨터를 보다 쉽고 효율적으로 활용하기 위한 프로그래밍 기반이다. 향후 구피는 헬리오스 외에도 다양한 양자 시스템과 연동 가능하도록 확장될 예정이다. 이와 함께 퀀티뉴엄은 구피를 테스트할 수 있는 셀레네를 아파치 2.0 라이선스 하에 깃허브와 파이썬 패키지 저장소(PyPI)에 공개했다. 이를 통해 전 세계 개발자, 학생, 연구자 누구나 구피를 설치하고 실험할 수 있다. 셀레네는 실제 양자 하드웨어 없이도 구피 프로그램을 실행해볼 수 있도록 해주는 시뮬레이터로, 다양한 시뮬레이션 백엔드를 지원한다. 대표적으로 상태벡터 기반 시뮬레이터 '퀘스트(Quest)', 안정자 기반 시뮬레이터 '스템(Stim)'을 포함하며, 측정 결과를 저장하고 재현하는 기능도 제공한다. 실시간 실험이 어려운 환경에서도 반복 실험과 분석이 가능한 만큼, 교육과 연구 목적으로도 활용도가 높다. 예컨대, 물리 실험 장비가 없는 교육기관이나 클라우드 기반 테스트 환경을 선호하는 연구팀도 쉽게 양자 알고리즘을 실험할 수 있다. 구피와 셀레네는 각각 깃허브와 파이썬 패키지 저장소(PyPI)를 통해 내려받을 수 있다. 별도의 양자 하드웨어 없이도 양자 알고리즘을 구성하고 실행해볼 수 있다. 퀀티뉴엄 측은 "파이썬 안에서 곧바로 사용할 수 있다는 점이 구피의 핵심 장점"이라며 "양자 프로그래밍을 더 많은 개발자와 연구자들에게 열어주는 계기가 될 것"이라고 설명했다.