플랫폼의 배경과 의미
오사카대학교 D3 센터와 QIQB가 공동 개발한 SEAFOOD(Supercomputing Entangled by Ambitious Fusion of OQTOPUS and OCTOPUS at D3C)는 일본 학술기관 최초로 국산 양자컴퓨터와 캠퍼스 슈퍼컴퓨터를 단일 인프라 안에 통합한 플랫폼이다. 약물 발견이나 소재 공학에서 강상관 전자 구조 시뮬레이션은 기존 HPC만으로는 계산 비용이 지나치게 높고, 근미래 양자프로세서는 큐비트 수와 노이즈 한계가 명확하다. SEAFOOD는 이 간극을 계층화된 작업 분산으로 메우는 하이브리드 접근법을 채택했다.
3계층 하드웨어·소프트웨어 구조
플랫폼은 세 계층으로 나뉜다. 고전 계산 계층에는 2.293 PFLOPS, 노드 140개, 노드당 768 GB RAM을 갖춘 OCTOPUS 슈퍼컴퓨터가 자리하며, Qiskit·QURI Parts·oqtopus-client를 통해 고전 행렬 대각화를 담당한다. 양자 실행 계층은 도요나카 캠퍼스의 QIQB 초전도 양자프로세서들(Urchin 포함)로 구성되며, RIKEN 양자컴퓨팅 센터(RQC)가 공급한 칩이 트랜스파일·펄스 제어·판독을 맡는다. 두 계층 사이를 중재하는 미들웨어·API 계층에는 Fujitsu·SEC·TISI와 공동 개발한 오픈소스 양자 클라우드 스택 OQTOPUS가 쓰인다. D3 센터의 Susumu Date 교수와 QIQB의 Hiroshi Ueda 부교수가 이 아키텍처를 이끌었다.
QSCI 개념 증명: H4 분자 바닥 상태 에너지
플랫폼의 타당성은 QSCI(Quantum-Selected Configuration Interaction) 방식의 개념 증명으로 확인됐다. 수소 4원자(H4) 분자를 대상으로 Urchin 프로세서에서 1,000회 측정을 수행해 지배적 전자 배열을 샘플링하고, OCTOPUS의 고메모리 노드가 결과 부분공간 해밀토니언을 구성·대각화했다. 산출된 바닥 상태 에너지는 −2.1147334880 Hartree로 고전 CASCI 참조값과 일치했다. 이 방법론은 Physical Review Research에 게재된 논문에 근거한다.
향후 개방 계획과 국가 지원
2027 회계연도에는 오사카대학교 내 최대 10개 연구팀이 D3 센터의 제안 기반 프로그램을 통해 시범 접근권을 갖고 하이브리드 작업 스케줄링을 고도화할 예정이다. 이후 일본 전국 단위 JHPC-quantum 이니셔티브를 통해 외부 연구자로 접근을 확대한다. 연구는 JST Moonshot 목표 6, MEXT Q-LEAP, JST COI-NEXT, CSTI SIP, NEDO 포스트-5G 양자-슈퍼컴퓨터 하이브리드 플랫폼 사업 등 다수의 국가 프로그램이 뒷받침한다. 다만 Urchin의 큐비트 수·게이트 충실도 등 세부 성능 사양이 공개되지 않아, 하이브리드 환경에서의 실질적 양자 이점 입증은 향후 과제로 남는다.
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이 글은 원문의 사실을 재구성한 편집 요약입니다. 원제: University of Osaka Integrates Domestic Superconducting Quantum Processors with OCTOPUS Supercomputer via SEAFOOD Platform
