RIKEN, 레이메이-후가쿠 플랫폼에 Quantinuum H2 56큐비트 이온트랩 도입

레이메이-후가쿠 플랫폼 개요

레이메이(Reimei)는 RIKEN이 운영하는 현장 양자 처리 노드다. 고베 소재 슈퍼컴퓨터 후가쿠(Fugaku)의 A64FX 파티션과 직접 API로 연결돼 있어, 외부 클라우드를 거치지 않고 양자 프로세서와 HPC 클러스터 간 데이터를 교환한다. 이 플랫폼은 일본 경제산업성(METI)·신에너지산업기술종합개발기구(NEDO) 주관 JHPC-양자 하이브리드 컴퓨팅 사업의 공식 테스트베드로 운용된다.

H1 → H2: 하드웨어 사양 변화

이전 시스템 H1은 QCCD(양자 전하 결합 소자) 방식의 포획이온 큐비트 20개를 탑재했다. 이번에 도입된 H2는 큐비트 수를 56개로 늘렸으며, 선형 셔틀링(linear-shuttling) QCCD 구조를 통해 모든 큐비트 쌍 사이에서 임의 얽힘 연산을 직접 수행할 수 있다. 컴파일 단계에서 SWAP 게이트를 추가 삽입하지 않아도 완전 연결성(all-to-all connectivity)이 보장되므로, 회로 깊이 증가 없이 복잡한 다체 연산을 구성할 수 있다.

초기 벤치마크: 레티날 발색단 시뮬레이션

H1 운용 시기에는 계산 화학 시뮬레이션의 활성 공간(active space)을 최대 16개 논리 큐비트 수준으로 제한해야 했다. 초기 벤치마크로는 탄소 나노튜브 벽 내부에 포함된 레티날 발색단의 강상관 전자 구조를 대상으로, 레이메이에서 전자 배치를 샘플링한 뒤 생성된 부분 공간 해밀토니안을 후가쿠에서 대각화하는 분산 워크플로가 사용됐다. H2 도입으로 샘플링 가능한 배치 공간이 확장되어, 보다 큰 다중 배치 분자 해밀토니안과 고전 방법으로 접근하기 어려운 응집물질 계(condensed-matter system)가 국가 JHPC-양자 프로그램의 실질적 계산 대상이 될 수 있다.

의의와 한계

이번 업그레이드는 국가 HPC 인프라에 양자 프로세서를 현장 통합하는 아키텍처 모델을 실증한다는 점에서 의미가 있다. 약물 발굴과 신소재 설계 분야에서 고전 컴퓨터가 처리하기 어려운 다체 전자 상관 계산을 양자-고전 혼합 워크플로로 검증하는 것이 사업의 핵심 목표다. 다만 56물리 큐비트가 실용적 양자 이점(quantum advantage)을 즉시 보장하지는 않는다. 충실도·게이트 오류율 등 세부 성능 지표는 현재까지 별도로 공개되지 않았으며, 오류 정정 오버헤드와 실제 화학 문제의 계산 복잡도 사이의 균형은 여전히 연구 과제로 남아 있다.