IBM은 물리과학 및 정보과학을 비롯해 양자 기술 분야에서 연구개발을 수행하는 기관인 HRL Laboratories를 인수하기 위한 최종 계약을 체결했다고 발표했다. IBM은 실리콘 기반 스핀 큐비트 엔지니어링에 관한 HRL의 전문성이 양자 컴퓨터를 확장하려는 장기 계획을 보완할 수 있다고 본다.
2026년 7월 23일 게시된 블로그 글에서 IBM은 이 기술에 관심을 갖는 이유를 설명하며, 스핀 큐비트와 초전도 큐비트가 모두 실리콘 제조 기술의 혜택을 받고, 냉각 구조 안에서 작동하며, 상호 연결된 큐비트에 게이트를 적용하는 외부 신호의 제어를 받는다고 밝혔다. 그러나 근본적인 차이는 양자 정보를 저장하고 처리하는 방식에 있다.
스핀 큐비트는 어떻게 작동하는가?
이러한 큐비트는 전자의 자연적인 스핀 특성에 기반한다. 스핀 값은 양의 1/2 또는 음의 1/2일 수 있으며, 두 상태는 일반적으로 ‘위’와 ‘아래’라고 부른다. 이 특성은 양자 컴퓨팅에서 0과 1의 두 상태를 나타내는 데 사용된다.
개별 전자를 제어하기 위해 HRL은 양자점으로 알려진 구조를 사용한다. 양자점은 전자의 특성을 가두고 제어할 수 있는 작은 구조다. 이 회사는 실리콘과 게르마늄 층으로 이루어진 SiGe로 양자점을 제작한다.
HRL은 하나의 스핀 상태를 0 또는 1의 값에 직접 연결하는 대신, 교환 전용 큐비트(exchange-only qubits)라는 구조를 사용한다. 각 큐비트는 세 개의 양자점에 저장된 세 개의 전자로 구성된다. 두 전자가 계산 상태를 결정한다. 스핀의 합이 0이면 큐비트는 상태 0에 있고, 1이면 상태 1에 있다. 세 번째 전자는 시스템을 안정적으로 유지하는 데 도움을 준다. 게이트는 전자를 서로 가깝게 하거나 멀어지게 하는 전기 펄스의 형태로 적용된다.
장점과 현재 결과
IBM에 따르면 스핀 큐비트는 현재의 반도체 제조 도구를 사용해 제작할 수 있어 대규모 제조 가능성을 제공한다. 또한 긴 결맞음 시간, 낮은 오류율, 비교적 쉬운 제어라는 특징이 있으며, 기술이 성숙하면 대형 양자 회로를 효율적이고 낮은 운영 비용으로 실행할 수 있을 것으로 보인다.
이 큐비트는 약 0.015켈빈에서 작동하는 초전도 큐비트 아키텍처와 비교해 1켈빈의 온도에서 작동한다. HRL은 최근 큐비트 배열과 냉각된 제어 보드 모두에 제조 가능한 CMOS를 사용하는 디지털 제어 실리콘 양자 컴퓨터를 선보였다. 이 장치는 세 개의 트랙에 분산된 54개의 양자점을 포함해 최대 18큐비트가 들어 있는 칩을 구현할 수 있으며, 시연에서는 단일 큐비트와 두 큐비트의 게이트 실행과 소규모 오류 검출 코드도 선보였다.
IBM의 양자 비전에서 HRL의 역할
IBM의 연구 책임자이자 펠로우인 제이 감비타는 HRL 팀이 양자 혁신을 진전시키는 데 도움을 줄 것이라고 말하며, 이 팀의 포트폴리오가 IBM의 양자 컴퓨팅, 양자 센싱, 양자 네트워킹에 관한 장기 계획을 강화할 것이라고 덧붙였다.
IBM에 따르면 HRL의 기술은 컴퓨팅에만 국한되지 않는다. 이 기관은 미세한 물리 현상을 감지하고 의료, 항법, 국방, 과학 연구를 포함한 분야의 첨단 측정을 수행하기 위한 고정밀 양자 센서를 개발하고 있다. 또한 더 견고한 큐비트, 더 나은 반도체, 더 민감한 센서를 지원할 수 있는 새로운 양자 물질도 연구하고 있다.