연세대·IBM, 송도 Nighthawk r2 458물리큐비트 본격 가동…바이오-양자 이니셔티브로 연구 전환

세계 최초 미국 외 현장 배치

연세대 송도 캠퍼스의 IBM Quantum System One이 Nighthawk r2 프로세서를 탑재하고 운영을 시작하면서, 한국은 미국 국외 최초의 Nighthawk 현장 운영 기관이 됐다. 2024년 Eagle 세대로 출발한 이 센터는 약 2년 만에 차세대 아키텍처로 전환됐으며, 국내 연구자들은 클라우드 대기열 없이 고성능 양자 연산 자원에 직접 접근하는 환경을 갖추게 됐다.

아키텍처 전환: 헤비-헥사곤에서 정방형 격자로

Eagle 세대가 채택한 헤비-헥사곤(heavy-hexagonal) 위상과 달리, Nighthawk r2는 458개 물리 큐비트로 구성된 정방형(square) 격자 위에 120개의 프로그래머블 큐비트를 운영하는 구조를 취한다. 여기에 218개의 조절 가능 결합기(tunable coupler)와 전용 고속 리셋 보조 회로가 더해져 유휴 크로스토크를 억제하고 샷 반복 주기를 단축한다. 단순한 큐비트 수 증감이 아니라 연결 밀도와 제어 정밀도 측면에서 질적 변화가 이뤄진 셈이다.

성능 지표: 처리량 25배·7,500게이트 심도 달성

회로 실행 처리량은 기존 초당 약 4,000회에서 10만 회 이상으로 약 25배 향상됐다. 이 속도는 고심도 변분 알고리즘과 오류 경감(error-mitigated) 워크플로에 필요한 대규모 샘플 수집을 클라우드 비용 부담 없이 처리할 수 있게 해준다. 7,500개 이상의 게이트를 넘어선 조건에서도 정확한 관측량 추정이 가능하다는 점이 확인됐으며, 이는 IBM의 2026년 기술 로드맵 목표 가운데 하나에 해당한다.

연구 방향 전환: 응집물질물리학에서 바이오-양자로

Eagle 체제 하에서 연세대 연구진은 Heisenberg 스핀 체인의 오류 경감 퀀치 다이나믹스를 104큐비트 규모로 분석한 결과를 Physica Scripta에 게재했고, Qunova의 Hi-VQE Qiskit Function을 활용해 pyridine–Li⁺ 복합체를 44큐비트 하이브리드 양자-고전 방식으로 시뮬레이션한 결과를 arXiv에 공개하는 등 십여 편의 동료 심사 논문을 축적했다. Nighthawk r2 가동 이후 연구의 무게 중심은 바이오-양자 이니셔티브(Yonsei Bio-Quantum Initiative)로 이동한다. 미토콘드리아 전자 전달계 돌연변이 및 리 증후군(Leigh Syndrome) 모델링을 포함해 세포 역학, 신경 퇴행성 질환, 산업용 소재 발견에 하이브리드 양자-고전 워크플로를 적용하는 것이 목표다.

의미와 한계

미국 본토 밖 대학 캠퍼스에서 최신 IBM 양자 프로세서가 현장 운영된다는 사실은 양자컴퓨팅 인프라의 국제화 측면에서 주목할 만하다. 그러나 458개 물리 큐비트 중 프로그래머블 큐비트는 120개에 그쳐, 범용 대규모 연산보다는 특정 도메인 알고리즘에 최적화된 운영이 현실적이다. 바이오-양자 응용의 경우 아직 개념 검증 단계에 머물러 있으며, 고전 컴퓨터 대비 실질적 양자 이점을 입증하려면 알고리즘 성숙도와 오류 정정 기술의 추가적인 발전이 전제돼야 한다.