IQM Emerald, 동적 디커플링·자동 스케줄링으로 오류율 50% 절감…54큐비트 전체 GHZ 얽힘 검증

전체 칩 얽힘 구현의 기술적 배경

IQM Quantum Computers(나스닥: IQMX)의 Emerald 프로세서는 정사각형 격자 배열 위에 54개 트랜스몬 큐비트를 탑재한 초전도 시스템으로, 클라우드를 통해 외부에서 접근 가능한 상용 하드웨어다. 큐비트 간 결합에는 조율 가능한 결합기(tunable coupler)로 구동되는 네이티브 2큐비트 CZ 게이트가 사용된다. 이전까지 사용자들은 실질적으로 약 30큐비트 단위의 활성 파티션 내에서만 연산을 수행해왔으며, 이번 성과는 전체 레지스터를 동시 활용하는 다체 얽힘을 상용 하드웨어에서 처음으로 확인한 사례가 된다.

자동 스케줄링 컴파일러와 다층 오류 완화 전략

이번 실험의 핵심 기술적 요소는 자동화 스케줄링 컴파일러다. 이 컴파일러는 개별 CZ 게이트의 충실도와 큐비트 유휴 시간(idling time) 사이의 균형을 자동으로 최적화한다. 동적 디커플링(dynamical decoupling) 기법을 병행 적용한 결과, 프로세서 전체의 오류율을 최대 50%까지 낮출 수 있었다. 판독 단계에서는 판독 오류 완화(Readout Error Mitigation, REM) 프로토콜을 추가 적용했다. 이러한 다층 오류 완화 전략의 결합이 54큐비트 수준의 전체 칩 결맞음(full-lattice coherence) 유지를 가능하게 한 기술적 기반이다.

측정 결과: 40큐비트와 54큐비트 충실도 비교

실험 수치를 구체적으로 살펴보면, 40큐비트 구성에서 오류 완화 없는 원시(raw) GHZ 상태 충실도는 0.515였다. 54큐비트 전체 칩 구성에서는 REM 적용 후 충실도 0.516이 기록됐다. 두 경우 모두 진정한 다체 얽힘(genuine multipartite entanglement)과 고전적 분리 가능 잡음을 구분하는 임계값 0.500을 초과한다. 이로써 전체 레지스터에 걸쳐 고전적으로 설명할 수 없는 양자 얽힘이 존재함이 실험적으로 확인됐다.

성과의 의미와 남은 과제

상용 클라우드 접근 가능 프로세서에서 전체 격자 결맞음을 입증했다는 점은 실용적 의미를 갖는다. 그러나 충실도 마진이 임계값 대비 0.016에 불과하다는 점은 인코딩 없는 물리적 QPU에서 깊은 회로를 실행할 때의 스케일링 한계를 명확히 보여준다. 국소적 크로스토크(cross-talk)가 알고리즘 샘플링 성능을 떨어뜨릴 수 있어, 게이트 속도 추가 최적화와 지속적인 교정 작업이 필수적이다. 이번 성과는 IQM이 NVIDIA와 함께 추진해온 에이전트 기반 자동 교정 연구의 연장선에 위치하며, Emerald 플랫폼의 확장 가능성을 단계적으로 확인해가는 과정의 일환이다.