IBM은 IBM Quantum Platform을 통해 자사의 양자 프로세서 IBM Quantum Nighthawk r2를 제공한다고 발표했다. 이는 단순히 큐비트 수를 늘리는 대신 한 번의 실행 기간 동안 수행할 수 있는 유용한 계산량을 늘리는 데 초점을 둔 조치다. 이 시스템은 프로그래밍 가능한 큐비트 120개를 탑재했으며, IBM에 따르면 초당 10만 개 이상의 회로를 실행할 수 있다. 이는 초당 약 4,000개 회로인 Heron 프로세서보다 최대 25배 높은 수치다.
회사는 이러한 개선이 큐비트를 빠르고 독립적으로 재설정하는 새로운 아키텍처에 따른 것이라고 설명한다. IBM에 따르면 Nighthawk r2는 7,500개 이상의 게이트가 포함된 회로에서도 정확한 결과를 보였으며, 회사는 이를 2026년 로드맵의 목표 중 하나로 제시하고 있다.
회로 사이의 병목 현상 제거
양자 회로는 실행 전에 큐비트를 알려진 상태에서 시작해야 하며, 측정 후 다음 회로를 실행하기 전에 큐비트를 바닥 상태로 되돌려야 한다. Heron을 포함한 이전 세대에서는 IBM이 큐비트의 상태를 측정한 다음 큐비트가 |1⟩ 상태에 있으면 이를 뒤집는 펄스를 적용하는 조건부 재설정에 의존했다. 그러나 이 방식은 측정 정확도의 영향을 받고, 계산 상태 밖으로 누출된 큐비트를 처리하지 못하기 때문에 수백 마이크로초에 이르는 대기 시간이 발생할 수 있다.
Nighthawk r2는 이를 IBM이 dissipative reset gadget이라고 부르는 방식으로 대체한다. 각 프로그래밍 가능한 큐비트는 높은 동적 범위를 지닌 조정 가능한 커넥터를 통해 차가운 환경과 연결된다. 커넥터를 활성화하면 유효 이완 시간 T1이 평균 약 200마이크로초에서 약 25나노초로 줄어든다. 회사는 회로 실행 사이의 유휴 시간을 1마이크로초까지 줄일 수 있으며, 인접 큐비트는 방해받지 않는다고 밝혔다.
이 이점은 특히 반복적이고 대규모인 작업 부하에서 두드러진다. IBM은 양자 우월성을 보일 가능성이 있는 회로에 대한 초기 테스트에서 정확도 손실 없이 최대 10배의 가속을 달성했다고 밝혔다. 또한 회사에 따르면 이 시스템은 중성자 산란 시뮬레이션을 12배 빠르게 수행했으며, 약 60초 만에 실험실 데이터와 직접 비교할 수 있는 스펙트럼을 생성했다.
발표된 큐비트 수를 초과하는 구성 요소
이 프로세서는 프로그래밍 가능한 큐비트만으로 구성되지 않는다. Nighthawk r2는 큐비트 120개와 함께 전용 커넥터 218개 및 독립적인 재설정 요소 120개를 탑재해 총 458개의 실제 양자 요소를 갖춘다. IBM은 추가 지원 요소가 사용자가 직접 프로그래밍하는 큐비트만큼이나 높은 제어 가능성과 제조 역량을 요구하기 때문에, 이 시스템을 지금까지 제작한 가장 복잡한 양자 프로세서라고 설명한다.
IBM은 이 프로세서가 Heron 수준의 게이트 정확도를 유지하면서 초기화 오류를 약 25배 줄인다고 밝혔다. 또한 재설정은 인접 큐비트에 안전하도록 설계됐다. 대부분의 큐비트가 네 개의 이웃과 연결되는 격자형 네트워크 구조에서는 이전 구조의 두세 개 연결과 비교해 이 점이 중요하다.
오류 정정 연구에 직접적인 중요성
새로운 재설정 기능은 회로 사이에서만 작동하는 것이 아니라 회로 실행 중에도 작동한다. 따라서 실행 중 큐비트를 측정하는 동적 회로에 적합하다. 이는 오류를 탐지하고 정정하는 많은 프로토콜과 양자·고전 컴퓨팅을 결합하는 작업 흐름에서 사용되는 방식이다.
IBM은 보조 큐비트를 반복적으로 재사용할 수 있는 능력이 공간·시간 검사와 같은 실험을 지원하며, 논리 큐비트를 다루는 연구에도 도움이 된다고 밝혔다. 또한 연구자들은 Nighthawk r2를 신뢰할 수 있는 양자 컴퓨팅 시연과 관련된 변형 Clifford 샘플링 실험에 사용했으며, 7,500개를 초과하는 게이트로 구성된 회로에서 Probabilistic Error Amplification 기법을 사용해 관측 가능한 양을 추정했다.
실제로 무엇이 달라지는가?
이번 개선의 핵심은 큐비트 수 자체가 아니라 실행 작업 사이의 비생산적인 시간을 줄이면서 IBM이 Heron 프로세서와 비교하는 수준의 품질을 유지하는 데 있다. 이를 통해 연구자들은 동일한 할당 시간 안에서 더 많은 실험을 수행할 수 있고, 반복 작업 부하와 동적 회로에서 재초기화에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
다만 여기에 제시된 성능 수치와 실험 결과는 IBM 자체 발표에 근거하며, 출처는 독립적인 비교나 측정 조건 및 플랫폼에서의 시스템 이용 가능 범위에 관한 완전한 세부 정보를 제공하지 않는다. 따라서 Nighthawk r2는 양자 하드웨어 발전 과정에서 중요한 진전을 나타내지만, 그 자체로 실용적 규모의 오류 내성 양자 컴퓨팅에 도달했음을 입증하는 것은 아니다. 오히려 이 경로를 연구하기 위한 더 빠른 실험 플랫폼을 제공한다.