기존 컴퓨터 시스템의 랜덤 액세스 메모리(RAM)는 효율적인 데이터 저장과 검색에 활용되어왔다. 그러나 양자 컴퓨팅의 발전과 복잡성 증가로 기존 RAM은 큐비트(Quantum Bit)를 처리하거나 대규모 병렬 연산을 지원하는 데 한계에 부딪혔다.

양자 컴퓨터는 기존 비트 기반 시스템과 달리, 중첩(superposition) 상태와 얽힘(entanglement) 상태를 동시에 다뤄야 하기 때문에 새로운 형태의 메모리가 필요하다. 이러한 요구를 충족하기 위해 등장한 것이 양자 랜덤 액세스 메모리(QRAM)다. QRAM은 고전적 데이터와 양자 데이터를 동시에 저장하고 검색할 수 있으며, 상수 시간 접근과 오류 정정을 지원해 대규모 양자 컴퓨팅과 양자 인터넷 시대를 앞당길 핵심 기술로 주목받고 있다.

글로벌 홀로그램 증강현실(AR) 기술 기업 와이미(WiMi)가 최근 새로운 구조의 양자 랜덤 액세스 메모리(QRAM, Quantum Random Access Memory) 기술을 공개했다.

이번 QRAM은 기존 RAM의 확장 병목을 극복하고, 상수 시간 접근을 통해 연산 및 저장 효율을 대폭 개선하며, 양자 데이터와 고전적 데이터를 동시에 저장할 수 있다. 또한, 초전도 양자 간섭 소자(SQUID) 기반 저장 솔루션, 양자 주소 디코더, 비파괴 측정 기술, 오류 정정 메커니즘 등을 결합해 안정성과 신뢰성을 강화했다. 와이미는 이 기술이 대규모 양자 컴퓨팅, 양자 머신러닝, 양자 인터넷 등 핵심 응용 분야의 기반이 될 것이라고 밝혔다.

O(1) 시간 복잡도…고속 데이터 접근과 확장성 확보

와이미가 발표한 QRAM 기술의 가장 핵심적인 특징은 메모리 용량과 상관없이 O(1)의 시간 복잡도로 모든 위치에 접근 가능하다는 점이다. 이는 기존 RAM에서 저장 유닛이 늘어날수록 접근 시간이 증가하는 구조적 한계를 뛰어넘는 것으로, 전체 연산 속도와 처리량을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 특히 QRAM은 고정 구조 설계를 통해 저장 공간 활용도를 극대화하고, 계산 복잡도에 따라 동적으로 용량을 조절할 수 있어 확장성과 유연성 측면에서도 강점을 지닌다.

양자 데이터 비파괴 저장·에러 보정

양자 정보는 측정 시 상태가 붕괴되는 특성이 있어 저장 및 접근 과정에서 손실이 발생하기 쉽다. 와이미의 QRAM 기술은 비파괴 측정 방식과 특정 양자 게이트 연산을 적용하여, 양자 상태를 유지하면서도 안정적으로 데이터를 저장·검색할 수 있게 한다. 또한, 외부 잡음에 의한 양자 디코히런스 문제를 해결하기 위해 양자 오류 수정(Quantum Error Correction) 메커니즘을 도입하였다. 이를 통해 저장된 양자 정보의 신뢰성과 정확성을 대폭 향상시켰다.

양자 기계학습·양자인터넷 등 미래 응용 분야 대응

와이미는 이번 QRAM 기술이 단순히 저장 기술을 넘어서 양자 기계학습, 양자 통신, 양자 클라우드 등 차세대 기술의 기반 인프라가 될 것으로 전망하고 있다. 특히 훈련 데이터와 모델 파라미터의 효율적 저장·호출을 가능케 하여 양자 알고리듬의 실행 속도와 정확성을 높이는 데 기여할 것으로 보인다. 향후에는 양자 컴퓨터 내부 메모리뿐만 아니라, 양자 인터넷 내 중계 노드로도 활용될 수 있다는 설명이다.

와이미 관계자는 “이번 QRAM 기술은 양자 정보의 저장과 연산 처리 병목 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 전환점”이라며, “고성능 양자 시스템을 위한 필수 컴포넌트로서 산업 전반에 큰 파급효과를 줄 것”이라고 전했다. 와이미는 해당 기술을 기반으로 향후 다양한 양자 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션 기업과 협력하며 생태계 확장을 모색할 계획이다.