IQM, Emerald 54큐비트 전체 GHZ 얽힘 달성…충실도 0.516으로 고전 임계값 초과

54큐비트 전체 동시 얽힘이란 무엇인가

대형 양자 칩을 보유한 시스템이라도 실제 알고리즘 실행 시에는 큐비트 일부만 활용하는 것이 일반적이다. 통상적인 연구에서는 10~20개 큐비트가 활용되며, IQM의 Emerald 역시 종전에는 단일 알고리즘 내에서 안정적으로 활용 가능한 큐비트가 약 30개 수준에 머물렀다. 이번 시연은 프로세서에 탑재된 54개 큐비트를 하나의 회로에서 동시에 가동했다는 점에서 의미가 있다.

GHZ(Greenberger–Horne–Zeilinger) 상태는 대규모 얽힘을 정량화하는 표준 벤치마크로, 전체 큐비트와 이들 사이의 연결이 동일 회로 내에서 모두 올바르게 동작해야 한다는 조건을 요구한다. REM를 적용하지 않은 40큐비트 기준으로는 충실도 0.515, REM 적용 후 54큐비트 전체에서는 0.516을 기록했으며, 두 수치 모두 양자 이점을 증명하는 기준선인 0.500을 웃돈다.

핵심 기술 개선 사항

이번 결과는 약 1년간 축적된 하드웨어·교정(calibration) 작업의 산물이다. IQM은 교정 방법론을 개편하고, 게이트 집합을 정비하며, 동적 디커플링(dynamical decoupling)과 큐비트 선택 알고리즘 등 오류 저감 도구를 지속 적용해 왔다. 그 결과 프로세서 내 양자 연산 오류율이 최대 50% 감소했다.

상태 준비 과정에서는 자동화 루틴이 핵심 역할을 했다. 이 루틴은 2큐비트 게이트 충실도와 큐비트 유휴 시간을 함께 고려해 최적 게이트와 그 순서를 자동으로 선택한다. 이를 통해 상태가 구성되는 동안 큐비트 유휴 시간을 최소화했다. IQM은 이를 AI 기반 에이전트형 교정 작업과 함께 양자 시스템 운용 자동화를 위한 포괄적 노력의 일환으로 설명한다.

클라우드 고객 접근성과 상업적 함의

이번 시연 결과는 실험실 단독 성과에 그치지 않는다. IQM은 Emerald 시스템을 클라우드로 제공하고 있으며, 고객들이 동일한 전체 칩 성능을 활용할 수 있다고 밝혔다. 알고리즘이 프로세서의 일부가 아니라 전체 자원을 동시에 활용할 수 있게 된다는 의미다. IQM은 이 성과가 상업적으로 이용 가능한 양자 컴퓨터 중 최고 수준에 해당한다고 주장한다.

성과의 한계와 맥락

다만 이번 결과를 해석할 때 유의할 점이 있다. GHZ 충실도 0.516은 임계값을 초과하기는 했으나, 고전 임계값 대비 여유 폭이 크지 않다. 또한 실용적인 양자 알고리즘이 54큐비트 전체를 연속 오류 없이 구동할 수 있는지는 별개의 문제다. GHZ 벤치마크는 얽힘의 존재를 확인하는 데 적합하지만, 복잡한 연산 태스크에서의 성능을 직접 대변하지는 않는다. 오류 정정 없이 전체 칩을 활용한 실질적 연산 품질 검증은 향후 과제로 남는다.