IBM·ORNL·AMD, 포킵시 현장 배치 양자 오류 정정 플랫폼…2028년 논리 큐비트 100개 목표

현장 배치의 필요성: 네트워크 지연 해소

내결함성 양자컴퓨팅은 오류 신호(증후군)를 추출하고, 고전 처리기가 이를 디코딩한 뒤 QPU에 조건부 연산을 되돌려 보내는 반복 사이클로 유지된다. 클라우드 기반 환경에서는 공개망을 통한 증후군 데이터 전송 지연이 실시간 조건 분기를 사실상 불가능하게 만든다는 것이 이 협력의 출발점이다. 세 기관은 ORNL의 Umbra HPC 클러스터를 포킵시 희석 냉동기 인프라 바로 인접 위치에 현장 배치함으로써 QPU의 초당 10만 회로 반복률에 디코더가 보조를 맞출 수 있는 고처리량·저지연 경로를 확보했다.

하드웨어 구성: 세 계층의 역할 분담

양자 계층에는 정사각 격자 구조에 회로 중간 측정 및 고속 리셋 기능을 갖춘 나이트호크 R2 120큐비트 프로세서가 배치된다. 고전 가속 계층은 AMD Instinct MI355X GPU와 5세대 EPYC CPU로 구성된 Umbra HPC가 담당하며, 하드웨어 레벨의 디코딩 가속을 수행한다. AMD ROCm 오픈 소프트웨어 생태계와 Versal 적응형 SoC를 결합해 증후군 판독 데이터를 GPU 메모리에 직접 파이프라이닝하는 구조로 설계됐다. 세 계층의 물리적 근접성이 서브밀리초 왕복 피드백을 가능하게 하는 핵심 조건이다.

오류 정정 코드 구조: 2단 계층 설계

이 플랫폼은 단층 오류 정정이 아닌 계층적 다중 레이어 코드 확장에 집중한다. 내부 위상 코드가 국소 물리 큐비트 클러스터에서 발생하는 오류를 보호하고, 외부 코드가 모듈 간 공간 상관 오류를 억제하는 2단 구조다. 큐비트 수가 늘어날수록 단순 단층 코드로는 감당하기 어려운 복잡한 오류 패턴에 대응하기 위한 설계 선택이다.

과학 응용 목표 및 성능 로드맵

초기 과학 응용 대상은 응집물질물리학 분야의 자성 좌절(frustrated magnetic) 재료 모델링이다. ORNL 스팰레이션 중성자 소스가 생성하는 실험 데이터와 양자 시간 진화 시뮬레이션 결과를 대조하는 방식으로 연구가 진행된다. 계량 목표는 현재 70 논리 큐비트·438 연산에서 2028년까지 100 논리 큐비트·10만 연산 규모로 확장하는 것으로, DOE 양자 제네시스 미션(Q 경쟁)과 연계된다.

IBM Starling 로드맵 연계와 현재의 한계

이 플랫폼은 IBM이 2029년 출시를 목표로 하는 모듈형 내결함성 시스템 'IBM Quantum Starling'의 통합 설계 기반을 제공하는 역할을 하며, ORNL의 오크리지 리더십 컴퓨팅 시설(OLCF)과도 연결된다. 다만 현시점에서 실제 논리 큐비트 충실도·디코딩 지연 등 구체적인 성능 수치는 공개되지 않았고, 70에서 100 논리 큐비트로의 확장 목표가 2028년 안에 실현될지는 검증이 남은 상태다.