Qarakal Quantum, 판게아 초전도 버스로 물리 큐비트 10배 절감 주장

판게아 아키텍처: 논리 큐비트를 하나의 계산 단위로

Qarakal Quantum은 자사 아키텍처 명칭을 판게아 초대륙 가설에서 빌렸다. 물리적으로 분산된 논리 큐비트들을 각각의 가장자리(edge)끼리 맞붙여 하나의 거대한 계산 단위처럼 다루겠다는 개념이다. 핵심 전제는 논리 큐비트들 사이의 물리적 거리가 연산 성능에 영향을 주지 않는다는 것이며, 이를 통해 모듈 단위 확장이 자유로워진다는 것이 회사 측 주장이다.

초전도 버스의 구조와 얽힘 전달 방식

아키텍처의 핵심은 수평면 배열의 논리 큐비트 층들을 수직으로 관통하는 전용 초전도 물리 큐비트 버스다. 버스 내 인접 큐비트 사이에는 조정 가능한 결합기(tunable coupler)가 배치된다. 정보 자체가 버스를 타는 것이 아니라 양자 얽힘이 버스를 통해 생성되며, 이를 통해 원격 얽힘(remote entanglement)이 서로 떨어진 논리 큐비트들 사이에서 형성된다. 어떤 양자 오류 정정(QEC) 코드가 어느 모듈에 적용되어 있든 버스는 이를 가리지 않고 연결하기 때문에, 서로 다른 QEC 코드를 사용하는 모듈들을 혼합 배치하는 것이 원칙적으로 가능하다. 이는 기존 클래식 마더보드 설계에서 버스가 연산 자원의 배치와 통신을 분리하는 방식을 양자 세계에 적용한 것이다.

물리 큐비트 10분의 1 절감의 세 가지 근거

회사 측은 논리 큐비트당 물리 큐비트 수를 기존 1,000개에서 100개 수준으로 줄일 수 있다고 주장한다. 절감 메커니즘은 세 단계로 나뉜다.

첫째, 논리 큐비트 간 연산에 쓰이던 격자 수술(lattice surgery) 패치 영역이 버스로 대체된다. 아키텍처 방식에 따라 다르지만 이 단계만으로도 전체 물리 큐비트의 절반을 제거할 수 있다는 설명이다.

둘째, 격자 수술 관련 오류 누적이 사라지므로 논리 큐비트 자체를 더 작게 설계할 수 있다.

셋째, 버스가 연산 중에도 오류를 감지·정정하는 역할을 하며, 정보를 저장하지 않고 통신을 중재한다.

이러한 물리 큐비트 감소는 곧 희석 냉동기 수요 감소와 제어 에너지 절약으로도 직결된다.

모듈 유연성과 큐비트 다양성

QEC 코드 선택의 자유도 역시 아키텍처의 강점으로 제시됐다. 고밀도 오류 정정 코드를 저장 전용(하드디스크 역할) 모듈에, 경량 코드를 연산용(RAM 역할) 모듈에 각각 적용해 논리 레벨에서 연결하는 이종 구성이 가능하다. 큐비트 종류도 현재 집중하고 있는 트랜스몬(transmon) 외에 캣 큐비트(cat qubit), GKP 큐비트 등으로 원칙적으로 확장 가능하다고 밝혔다.

현황과 과제

Qarakal Quantum은 검증된 유닛을 안정적인 모듈 구성에 통합하는 단계를 이미 완료했으며, 현재 제어·결합·반복 조립의 재현성 확보에 집중하고 있다. 실제 배치 시스템은 2029년 2단계(Phase 2)에서 공개될 예정이다. 다만 10배 절감 수치를 포함한 모든 성능 지표는 현재까지 독립적인 제3자 검증 없이 회사 측 주장에 머물고 있어, 공개 데이터 확보 전까지 유보적 시각이 필요하다.