IBM, Nighthawk R1 초전도 프로세서 4링크 연결해 상태 전송 충실도 99% 달성

무슨 일이 있었나

IBM 토머스 J. 왓슨 연구소 연구팀이 각 120큐비트의 Nighthawk R1 초전도 프로세서 두 대를 길이 80cm 초전도 알루미늄 동축 케이블 4개로 연결했다. 양자 상태 전송 평균 충실도는 99%, 최상위 링크에서는 99.29%였다. 두 프로세서에 걸친 controlled-Z 게이트 연산의 평균 충실도는 94.75%, 최고값은 96.42%로 나타났다. 연구팀은 이 구성을 대형 초전도 양자 프로세서 간 멀티채널 인터커넥트의 최초 시연으로 규정했다. 결과는 arXiv 프리프린트(DOI: 10.48550/arxiv.2610.29986)로 공개됐으며 동료 심사는 아직 진행되지 않았다.

출처별 강조점·차이

두 출처 모두 4링크 구조, 충실도 수치, 케이블 수직 부착 방식, 3회 온도 순환 통과를 공통으로 전했다. 그러나 강조점에는 차이가 있다. Phys.org는 극저온 장비 장착 이후 4개 링크를 동시에 사후 설치했다는 공학적 성취와 분산 얽힘 상태 생성에 초점을 맞췄다. The Quantum Insider는 한계와 미해결 과제를 더 자세히 다뤘다. 실험에서 실제로 배선·측정한 큐비트가 120큐비트 중 케이블 단에 인접한 일부에 한정됐다는 점, 분리 후 재연결 테스트를 수행하지 않았다는 점, 자기 차폐 솔루션이 임시 수준임을 연구팀 스스로 인정했다는 점은 The Quantum Insider가 단독으로 명시했다. 상태 전송 오류의 약 77%가 결맞음 시간 제약—특히 위상 안정성 손실(디페이징)—에서 비롯된다는 오류 분해 분석도 동일 출처에서만 전달됐다.

기술적 맥락

초전도 양자컴퓨터의 모듈형 확장은 신호 손실, 기계적 스트레스, 공간 제약이라는 세 장벽을 동시에 넘어야 한다. 이번 실험에서는 케이블-칩 연결부를 기존의 측면 수평 방식 대신 프로세서 정면 상단에 수직으로 꽂는 방식을 채택했고, 인듐-인듐 압착 본드와 스프링 방식 고정 장치로 두 연결을 동시 설치할 수 있도록 했다. 3회의 냉각-가열 사이클 이후에도 4개 링크가 별도 조정 없이 정상 작동했다.

분산 얽힘 생성도 보고됐다. 4큐비트 분산 얽힘 상태의 충실도는 77.23%, 6큐비트 상태는 67.67%였으며, 측정 오류 통계 보정 후 각각 91.70%, 90.87%로 상승했다. 연구팀은 보정 전 수치만으로도 두 상태가 진정한 다중 큐비트 얽힘의 임계값을 넘어섰다고 밝혔다. 인접한 두 링크를 동시에 가동해 얽힘 쌍 두 개를 동시 생성하는 실험도 성공했으나, 동시 생성 시 한 쌍에서 충실도가 측정 가능한 수준으로 저하됐다.

결맞음 개선 가능성에 대해 연구팀 모델링은 일부 생략한 제작 공정을 적용할 경우 상태 전송 충실도가 99.68~99.77%에 이를 수 있다고 예측했다. 이는 실측값이 아닌 조건부 시뮬레이션 결과다.

의미와 전망

연구팀은 충실도 향상, 자기 차폐 구조화, 양산성이라는 세 과제를 동시에 해결해야 모듈형 확장으로 나아갈 수 있다고 밝혔다. 특히 코히런스 시간 개선을 상업적 적용의 핵심 조건으로 꼽았다. 이번 시연은 다중 프로세서에 양자 정보를 분산 저장·처리하는 구조의 기술적 실현 가능성을 처음으로 대형 칩 간 규모에서 확인했다는 데 의의가 있다.