QMill·Haiqu, 양자 회로 압축 충실도 측정…정밀 99.999% vs 근사 97~99%

비교 배경: 근사 여부를 둘러싼 1라운드의 미완 과제

1라운드 비교에서는 Haiqu가 전반적으로 더 높은 회로 압축률을 보였으나, 그 이유가 근사(approximation) 사용 때문이라는 의혹이 남았다. QMill은 자사 방식이 정밀(exact) 압축임을 주장했고, Haiqu는 소량의 근사를 사용한다는 사실을 공식 인정했다. 이번 2라운드는 이 차이를 상태벡터 충실도(statevector fidelity)라는 정량 지표로 검증하는 데 집중했다.

충실도 측정 결과: 5나인 정밀 대 97~99% 근사

1라운드와 동일한 회로 세트를 기준으로 측정한 결과, QMill은 모든 회로에서 99.999% 이상의 충실도를 일관되게 기록했다. 원본 회로와 압축 회로의 양자 상태가 실질적으로 동일하다는 의미다. Haiqu는 97.1%에서 99.2%의 분포를 보였다. 의도적 근사 허용이 회로를 더 공격적으로 축소하는 대신 원본과 미세한 차이를 허용하는 구조다. 이 덕분에 오류 완화 없이도 양자 위상 추정(QPE) 회로를 현세대 잡음 환경(NISQ) 하드웨어에서 실행해 정확한 결과를 얻을 수 있었다.

트레이드오프: 목적과 환경에 따라 최적 도구가 갈린다

NISQ 하드웨어에서 가능한 한 큰 회로를 실행하려는 경우에는 Haiqu의 더 높은 압축률이 유리하다. 처리 속도 역시 수 초에서 수 분 수준으로 빠르다. 반면 고전 에뮬레이션 환경에서 완전한 정밀도를 요구하거나, Qiskit 외의 프레임워크(예: Qrisp)를 사용하는 경우에는 QMill이 적합하다. QMill은 슈퍼컴퓨터 기준 최대 6시간까지 소요될 수 있지만, 처리 시간을 늘릴수록 5나인 충실도를 유지하면서도 압축률을 높일 여지가 생긴다. 두 소프트웨어 모두 OpenQASM 형식으로 입출력한다는 점은 공통적이다.

향후 과제: 내결함성 환경에서의 검증

이번 비교는 NISQ 환경을 전제로 한 것이다. 내결함성 양자컴퓨팅(FTQC) 환경이 성숙하면, 에러율·회로 규모·문제 유형에 따라 정밀 압축과 근사 압축 중 어느 쪽이 실질적으로 유리한지 달라질 수 있다. 이 질문에 대한 답은 아직 열려 있다.