양자 컴퓨팅 기술은 대형 물리 시스템, 고도 시뮬레이션, 최적화 문제처럼 기존 컴퓨팅으로 해결하기 어려운 계산 한계를 넘어서는 방향으로 진화하고 있다. 최근에는 큐비트 연결성과 회로 복잡도를 크게 높이고, 오류 정정을 실시간으로 처리할 수 있는 기술 개발이 진행되면서 고전적 컴퓨터와는 다른 계산 체계를 구현하기 위한 기반이 빠르게 갖춰지고 있다.

IBM이 연례 양자 개발자 컨퍼런스에서 2026년 말 양자 우위를 달성하고, 2029년 오류 내성 양자 컴퓨팅 구현을 목표로 한 핵심 기술을 13일 공개했다. 

양자 프로세서 ‘IBM 퀀텀 나이트호크(IBM Quantum Nighthawk)’는 120큐비트가 사각 격자 구조로 배열되고, 총 218개의 조정형 커플러가 배치되어 보다 높은 연결성을 제공한다. 이를 통해 기존 프로세서 대비 30% 더 복잡한 회로를 낮은 오류율로 실행할 수 있으며, 최대 5천개의 2큐비트 게이트를 활용한 고난도 연산을 처리한다. 

이후 업데이트에서는 2026년 7천 5백개, 2027년 1만개, 2028년에는 1천큐비트 이상 확장과 함께 1만 5천개의 2큐비트 게이트 지원이 예정돼 있다.

키스킷 소프트웨어의 동적 회로·HPC 오류 완화 기능 강화

양자 우위를 검증하기 위해서는 정밀한 회로 실행과 고전적 컴퓨팅 기반 오류 완화 기술이 필수적이다. 키스킷은 동적 회로 기능 강화로 100큐비트 이상 규모에서도 정확도를 24% 향상시켰으며, HPC 가속 기반 오류 완화 기능을 도입해 정확한 결과 도출 비용을 100배 이상 절감했다.

또한 새로운 실행 모델 및 C-API를 추가해 기존 HPC 환경에서 양자 프로그래밍의 네이티브 활용성을 높였다. 2027년까지는 물리·화학 계산에 활용할 머신러닝·최적화 라이브러리도 확장될 계획이다.

오류 내성 양자 컴퓨팅 위한 ‘룬’ 프로세서

IBM은 대규모 오류 내성 양자 컴퓨팅을 위한 연구 성과도 소개했다. 실험용 프로세서인 ‘룬(Loon)’은 다층 라우팅 구조와 원거리 온칩 c-커플러(c-coupler) 기술을 적용해, 인접 큐비트 범위를 넘어선 연결을 구현했다. 또한 연산 중 큐비트 초기화 기능을 포함해 오류 수정에 필요한 물리적 기반을 갖춘 아키텍처임을 입증했다. 

qLDPC 기반 오류 디코딩은 기존 최고 수준 접근 방식 대비 10배 빠른 성능을 실현했으며, 480나노초 이내의 실시간 디코딩 속도도 확보해 계획보다 1년 앞당겨 기술적 진전을 이뤘다.

300mm 웨이퍼 시설 기반 양자 프로세서 제조 가속화

IBM은 양자 프로세서의 대규모 제조를 위해 올버니 나노테크 컴플렉스의 300mm 웨이퍼 생산 설비로 전환했다. 첨단 반도체 장비와 상시 가동 환경을 기반으로 신규 프로세서 제작 시간을 절반으로 단축했으며, 연구개발 속도를 2배 높였다. 또한 양자 칩의 물리적 복잡도를 10배 확장하고, 다양한 설계 구조를 병렬 실험할 수 있는 제조 인프라를 확립했다.

IBM 제이 감베타(Jay Gambetta)리서치 디렉터 겸 IBM 펠로우는 “유용한 양자 컴퓨팅을 실현하기 위해서는 여러 기반 요소가 필요하다.”라며 “IBM은 양자 소프트웨어, 하드웨어, 제조, 오류 수정 기술을 빠르게 개발하고 확장하여 양자 시대로의 전환을 가능하게 하는 유일한 기업이라고 생각하며, 오늘 이 과정의 이정표가 될 많은 기술을 소개하게 되어 기쁘다.”라고 말했다.