IBM은 2026년 7월 30일, 세 편의 연구 논문이 신뢰할 수 있는 양자 발전이라고 설명한 결과를 보여줬다고 발표했다. 양자 컴퓨터가 고전적 시뮬레이션 방법이 실패하는 범위에서 계산을 수행했으며, 결과의 품질을 검증하는 메커니즘도 포함했다. 연구는 무작위 회로 샘플링 검증, Floquet 동역학에서의 양자 현상 관찰, 그리고 비교할 신뢰할 수 있는 고전적 답이 없을 때 계산 과정 자체를 검증하는 문제를 다뤘다.
이러한 결과는 양자 컴퓨터가 검증하기 어려운 출력을 생성했는지 여부만이 아니라, 실제로 최선의 고전적 방법을 넘어섰는지를 둘러싼 논의가 계속되는 가운데 나왔다. IBM에 따르면 양자 우위의 발표는 비교를 끝내는 것이 아니라, Quantum Advantage Tracker를 통해 결과를 추가로 시험할 수 있도록 공개하는 출발점이다. 이 도구는 양자 우위 후보를 추적하고 이를 이용 가능한 고전적 방법과 비교한다.
무작위 회로 샘플링에 내장된 검증
IBM과 시카고대학교 연구진이 공동으로 작성한 논문은 양자 컴퓨팅과 고전적 시뮬레이션의 차이를 보여주는 주요 방법 중 하나인 Random Circuit Sampling의 검증 문제에 초점을 맞췄다. Cross-Entropy Benchmarking 방법은 이상적인 출력 확률을 계산해야 하는데, 대규모 회로에서는 이 작업의 비용이 매우 커질 수 있다. 이에 따라 이전 실험들은 규모가 더 작거나 단순한 회로에 의존한 뒤 직접 검사하기 어려운 규모에서의 성능을 추론했다.
연구진은 구조화된 대안으로 doped Clifford sampling을 제안했다. 이 방식에서는 고전적으로 효율적인 시뮬레이션이 가능한 Clifford 회로에 고전적으로 효율적인 시뮬레이션이 불가능한 T 게이트를 추가하면서도 오류를 탐지하는 데 도움이 되는 구조를 유지한다. 또한 회로를 spacetime code 안에 통합했는데, 이 코드는 큐비트 전체에 분산된 보조 큐비트를 사용하고 회로의 시간적 전개를 반영한다. 70개의 논리 큐비트를 포함한 실험에서는 일관성 검사와 일치하는 실행을 선택함으로써 게이트 오류가 실질적으로 약 10배 감소했으며, 실행률도 실용적인 수준으로 유지됐다.
이 방법을 사용하면 고전적으로 검증 가능한 기준 회로와 신드롬 및 논리 오류 정보에 기반해 논리 계산의 정확도에 대한 엄격한 하한을 도출할 수 있다. 따라서 검증은 외부의 통계적 지표에만 의존하는 대신 계산 체계의 일부가 된다.
선도적인 시뮬레이션 범위를 넘어선 양자 현상
또 다른 연구에서는 Qedma가 RIKEN 및 BlueQubit와 협력해 Floquet 동역학을 연구했다. 이는 상호작용하는 양자 시스템이 반복적인 에너지 펄스에 보이는 반응이다. 최대 74개의 큐비트에 이르는 회로를 사용해 연구진은 시간에 따른 시스템의 자화를 추적했으며, RIKEN의 세계 최대급 슈퍼컴퓨터 중 하나를 사용한 두 가지 첨단 고전적 시뮬레이션 방법에서는 나타나지 않은 지속적인 진동을 관찰했다.
실험의 가장 어려운 범위에서는 두 고전적 방법이 서로 달랐고 일관된 답을 제시하지 못한 반면, 양자 컴퓨팅은 동역학을 계속 해결했다. 실험에는 IBM Quantum 시스템에서 Qedma의 QESEM 소프트웨어와 오류 완화 방법이 사용됐으며, 실험의 일부는 Quantinuum 플랫폼에서도 반복됐다. IBM은 독립적인 추정값과 다른 플랫폼의 결과가 일치한 점이 관찰된 행동이 기저 물리를 반영한다는 신뢰를 높였다고 평가했다.
답이 아닌 과정을 검증하다
Algorithmiq는 비균질 양자 시스템에서 정보가 어떻게 전파되는지를 추적하는 양인 Loschmidt echo 연산자를 추정하는 알고리즘을 개발했다. 실험에는 56개의 큐비트가 포함됐으며, 최소 세 개의 선도적인 고전적 시뮬레이션 그룹이 서로 다른 예측을 내놓고 이 예측들이 양자 결과와도 달랐던 범위에 도달했다.
연구진은 이용할 수 없는 고전적 답에 의존하는 대신, 서로 다른 잡음 특성을 가진 5개의 양자 컴퓨터에 해당하는 방식으로 동일한 오류 완화 방법을 적용했고 일관된 결과를 얻었다. 또한 장치 잡음에 대한 정확한 모델이 제공될 경우 엄격한 오류 완화가 편향되지 않은 추정값과 정량적인 오류 범위를 산출할 수 있음을 보였다.
현재 Quantum Advantage Tracker에 포함된 다른 후보로는 Q-CTRL, BlueQubit, 그리고 비를라 공과대학교 필라니의 연구가 있다. IBM은 양자 컴퓨팅과 고전적 컴퓨팅의 비교가 계속될 것이며, 이러한 결과들은 추가적인 검증을 받게 될 것이라고 강조했다.