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큐노바 알고리즘, IBM 퀀텀 네트워크에 진입 성공

양자 컴퓨팅을 기반으로 화학, 제약, 산업공학 분야 실용 소프트웨어 애플리케이션을 제공하는 큐노바(Qunova Computing, 대표 이준구)가 자체 개발한 알고리즘 'HI-VQE'를 IBM 퀀텀 네트워크에 런칭했다고 4일 밝혔다. IBM은 현재 오픈소스 양자 컴퓨팅 프레임워크인 '키스킷 펑션 카탈로그'를 서비스 중이다. 이는 양자 회로를 설계·시뮬레이션하고, 실제 IBM 양자 컴퓨터에서 실행할 수 있는 툴킷이다. IBM 퀀텀 네트워크는 포춘 500대 기업, 학계, 정부 연구소 및 스타트업을 포함해 전 세계 250개 이상의 조직으로 구성돼 있다. 제이 감베타(Jay Gambetta) IBM 퀀텀 부사장은 “IBM은 향후 2년 이내에 현재 수준의 양자 컴퓨터에서 양자 우위를 실현할 수 있을 것으로 믿고 있다”며, 그 이유 중 하나는 “키스킷 펑션 카탈로그를 통해 이용할 수 있는 정교한 알고리즘 수가 증가하고 있기 때문”이라고 말했다. 제이 감베타 부사장은 또 “큐노바 알고리즘의 카탈로그 추가는 제약 및 산업공학 분야에서 화학 응용 프로그램을 개발하는 연구자들뿐만 아니라, 다양한 산업에서 양자 컴퓨팅을 활용해 최적화 솔루션을 모색하는 기업 등 IBM 생태계 파트너들에게 강력한 도구를 제공할 것”이라고 덧붙였다. 이준구 대표는 “일정 기간 IBM 퀀텀 네트워크 사용자들에게 무료로 서비스하게 된다”며, “이 네트워크의 사용자들은 IBM의 유용성 단계 양자 컴퓨터에서 응용 프로그램을 검토할 수 있는 새로운 도구를 활용할 수 있게 되었다는 의미”라고 설명했다. 큐노바의 'HI-VQE'는 기존 양자 알고리즘(VQE) 성능을 획기적으로 개선한 알고리즘이다. 양자 컴퓨터 플랫폼에서 화학적 정밀도를 갖춘 정확한 계산을 수행할 수 있다. 실험 결과에 따르면, 기존 알고리즘에서 필요했던 파울리 연산자 측정(Pauli Word Measurements)을 제거하고 전체 계산을 단순화함으로써, 복잡한 계산을 기존보다 1천 배 이상 효율적으로 수행할 수 있다. 큐노바는 고전–양자 하이브리드 방식으로 슈퍼컴퓨터와 양자 컴퓨터의 장점을 활용해, 컴퓨팅 자원 소모를 최소화하면서도 속도와 정확도를 크게 향상시켰다. 이준구 대표는 “큐노바의 기술이 IBM 서비스에 제공된다는 것은 큐노바 제품이 그만큼 우수하다는 것”이라며, “'HI-VQE'가 화학, 제약, 소재 과학 분야에서 중요한 가치를 창출하고 있다는 것을 확인했다”고 말했다. 큐노바는 지난 2021년 설립됐다. 잡음이 많은 중간 규모 양자 컴퓨팅(NISQ) 환경에서 양자 우위를 실현하기 위한 알고리즘을 개발하고 있다.

2025.04.04 09:50박희범

KIST, 양자컴서 IBM 극복하나...오류수정 필요없는 16차원 '큐디트' 기술 첫 확보

현재 IBM이나 구글의 양자컴퓨팅에서 최대 관건은 큐비트 오류 완화와 수정 기술 확보다. 그러나 큰 진전은 아직까지 없다. 국내 연구진이 이 같은 오류 완화나 수정 자체가 필요없는 새로운 방식의 양자컴퓨팅 기술을 개발해 관심이다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 양자기술연구단 임향택 박사 연구팀이 기존보다 적은 자원으로도 원자 간 결합거리와 바닥 상태 에너지를 화학적 정확도로 추정할 수 있는 양자컴퓨팅 알고리즘을 구현하는데 성공했다고 5일 밝혔다. 현재 IBM이나 구글의 양자컴퓨팅에서 최대 관건은 양자 오류 완화 및 수정 기술이다. 양자 컴퓨터는 연산 공간이 커지면서 오류가 급격히 증가하는 단점이 있기 때문이다. 이를 극복하기 위해 고전 컴퓨터와 양자컴퓨터의 장점을 결합한 VQE(Variational Quantum Eigensolver) 방식이 등장했다. VQE는 '변분 양자 고유값 계산기'라는 의미다. 양자 컴퓨팅 프로세서(QPU)와 고전 컴퓨팅 프로세서(CPU)를 함께 사용해 더 빠른 계산을 수행하도록 고안된 하이브리드 알고리즘이다. IBM과 구글을 비롯한 글로벌 연구팀들이 초전도, 이온 트랩 등 다양한 양자 시스템에서 이를 연구하고 있다. 하지만 큐비트 기반의 VQE는 현재 광자 시스템에서 최대 2큐비트, 초전도 시스템에서는 12큐비트까지 구현된 상태다. 더 많은 큐비트와 복잡한 연산이 필요한 경우 오류 문제가 발생, 확장이 어렵다는 한계가 있다. KIST 연구팀은 큐비트 대신 큐디트(Qudit)라는 고차원 양자 정보를 활용하는 방식을 도입했다. 큐디트는 기존 큐비트가 표현할 수 있는 0과 1 외에도 0, 1, 2 등 여러 상태를 가질 수 있는 양자 단위로 복잡한 양자 계산에 유리하다. 연구팀은 광자의 궤도각 운동량 상태를 이용해 큐디트를 구현했다. 홀로그램 이미지를 통해 광자의 위상을 조절함으로써 차원을 확장했다. 이를 통해 복잡한 양자 게이트 없이도 높은 차원의 계산이 가능해져 오류를 줄일 수 있었다. 연구팀은 이 방법으로 4차원에 해당하는 수소 분자와 16차원에 해당하는 리튬 하이드라이드(LiH) 분자의 결합 거리를 추정하는 양자화학 계산을 VQE로 수행했다. 이는 광자 기반 VQE를 통해 16차원 계산을 구현한 첫 사례다. 연구진은 "IBM, 구글 등 기존의 VQE는 화학적 정확도를 위해 오류 완화 기술이 필요했지만, KIST 연구팀의 VQE는 별도 오류 완화 없이도 정확도를 확보했다는 의미가 있다"고 설명했다. 연구진은 "적은 자원으로도 높은 정확도를 얻을 수 있는 방법을 제시해, 분자 특성이 중요한 산업에 폭넓게 적용될 가능성을 보여준다"며 "기후 모형화와 같은 복잡한 문제 해결에도 유용할 것"으로 기대했다. KIST 임향택 박사는 “적은 자원으로도 화학적 정확도에 도달 가능한 큐디트 기반 양자컴퓨팅 기술을 확보함으로써, 신약 개발과 배터리 성능 개선 등 다양한 실용적인 분야에 활용되기를 기대한다”고 밝혔다. 연구는 과학기술정보통신부 지원을 받아 KIST 주요 사업, 한국연구재단 양자컴퓨팅기술개발사업 등으로 수행됐다. 연구 성과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances, IF: 11.7 JCR 분야 상위 7.8%)에 게재됐다.

2024.11.05 12:01박희범

큐노바, SW로 양자컴 정밀도 100배· 계산량 1천배 ↑

양자컴퓨터 계산 정밀도는 100배 높이고, 계산량은 1천배 절감할 수 있는 양자 알고리즘이 개발됐다. 하드웨어 개선없이 순수한 SW만으로 이룬 세계 최초 성과다. 큐노바 (Qunova Computing, 대표 이준구)는 오는 27일까지 일산 킨텍스에서 열리는 '퀀텀코리아 2024'에서 화학구조 에너지를 정확하게 계산하는 양자 SW 실시간 데모를 처음 공개했다. 이 SW 데모는 핀란드 IQM와 국내 메가존클라우드가 지원했다. IQM은 세계적인 초전도 양자컴 개발회사다. 메가존클라우드는 우리나라 클라우드 시장을 선도하는 이 분야 첫 유니콘 기업이다. 데모는 큐노바가 기존 양자 알고리즘(VQE) 성능을 획기적으로 개선한 'HIVQE'를 메가존클라우드의 지원을 받아 핀란드 IQM 양자컴퓨터에서 실시간 실행, 신약의 분자해석 과정을 보여줬다. 이준구 대표는 "최근 양자컴퓨팅 분야에서는 계산 결과 오류 개선이 현안"이라며 " IQM이나 AQT 등 세계적인 양자컴퓨터 기업이 제공하는 상용 양자컴으로 12~24 큐비트 규모의 화학 문제를 정확하게 계산했다"고 말했다. 이 결과는 기존 양자알고리즘으로는 불가능했던 화학적 정밀도를 달성하는 세계 최초 양자컴퓨터 활용 사례로 기록될 전망이다. 큐노바 연구팀이 혁신적인 방법으로 설계한 양자 알고리즘 'HIVQE'는 양자모사 기술을 기반으로 설계했다. 양자컴퓨팅 실행 결과를 분석한뒤 에너지 계산을 단순화시켜 큰 규모의 분자 구조를 빠르게 해석하는 것이 특징이다. IQM이 제공하는 초전도 양자컴퓨터와 AQT가 제공하는 이온트랩 양자컴퓨터에서 리튬황화물, 황화수소, 물분자, 암모니아 등의 에너지 계산을 이론 대비 1.6 밀리하트리(mHa, 원자 에너지 단위) 이하의 오차를 가지는 화학적 정밀도로 구현했다. 연구팀은 "현재의 양자컴퓨팅 기술인 NISQ(노이즈가 있는 중규모 양자)컴퓨터로 정확한 계산을 달성한 첫 번째 사례"라며 "기존 VQE 기술로 달성한 최고 12 큐비트 규모의 연구 성과 대비 정밀도가 100 배 이상 개선되고, 양자컴퓨팅 계산량을 1000 배 이상의 절감하는 성능"이라고 부연 설명했다. 40~60큐비트 수준 양자컴 제공 업체와 파트너십 논의 큐노바는 연내 40 에서 60 큐비트 수준의 양자컴퓨터를 제공할 수 있는 선진 기업과의 파트너십을 논의 중이다. 일반적으로 40 큐비트 이상 규모의 화학적 계산은 수퍼컴퓨터로도 풀기 어려운 수준이다. 'HIVQE' 개발을 주도한 이준구 대표는 “실사용자 마켓 형성에 반드시 필요한 양자이득을 보이는 최초의 상용 사례를 연내에 달성할 것"이라고 말했다. 메가존클라우드의 김동호 양자컴퓨팅 사업 총괄 부사장은 “국내외 양자 컴퓨팅 산업을 확립하는 중요한 역할을 할 것으로 본다"며 "국내 기업들이 양자 컴퓨팅 도메인으로 전환하는 촉매제가 될 것"으로 예상했다. IQM 의 벤 리 사업개발 담당은 "큐노바의 'HIVQE' 와 IQM의 20큐비트 가넷 양자컴퓨팅 실시간 데모는 양자컴퓨팅의 산업화가 멀지 않은 미래에 실현될 수 있음을 실증하는 중요한 케이스"라고 밝혔다. 큐노바는 화학, 제약 및 산업 공학 분야 양자알고리즘을 개발하는 국내 1 호 양자컴퓨팅 벤처 기업이다. 지난 2021년 KAIST 교원 창업했다. 신소재, 신약, 산업공학 분야에서 NISQ 컴퓨터 기반으로 양자이득을 제공하는 양자컴퓨팅 실용 기술을 사업화하고 있다. 지난 해 Pre-A 50억 펀딩으로 관심을 끌었다. 현재 현대자동차, POSCO 홀딩즈와 공동연구 협력 성과가 있다.

2024.06.26 09:00박희범

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