고성능 계산 수요 증가에 따라 확장 가능한 양자컴퓨터 구현의 필요성이 부각됨
- 양자컴퓨터는 물질 및 화학 공정 시뮬레이션, 복잡한 최적화 문제 해결 등 기존 디지털 컴퓨터로는 처리하기 어려운 고난도 계산 문제 해결에 큰 잠재력을 가짐
- 이러한 응용을 위해서는 수천~수백만 개 수준의 큐비트(qubit)를 갖는 안정적인 시스템이 요구되나, 현재 기술 수준은 이에 크게 미치지 못함
- 특히 대규모 큐비트 확장을 가능하게 하는 확장성 확보가 양자컴퓨터 실현의 핵심 과제로 인식됨
반도체 기술 기반 스핀 큐비트와 전자 이동 기술을 활용한 새로운 양자 프로세서 구조 개발
- 율리히와 아헨공대에서 출발한 스핀오프 기업 ARQUE Systems는 확장 가능한 양자컴퓨터 아키텍처 개발을 목표로 함
- 해당 시스템은 기존 반도체 공정 기술을 기반으로 하여, 기존 산업 인프라를 활용할 수 있는 것이 특징
- ARQUE Systems의 첫 번째 양자 시스템은 율리히 슈퍼컴퓨팅 센터(JSC)에 구축 중이며, JSC의 양자컴퓨팅 인프라(JUNIQ)를 통해 연구자 및 산업계에 제공될 예정
- 본 기술은 스핀 큐비트를 활용하며, 이는 기존 접근법 대비 더 작고 외부 간섭에 강하며 단일 칩에 대량 집적이 가능함
- 핵심 기술은 전자를 정보 전달 매개체로 사용하여 수만 나노미터 거리에서도 양자 상태를 유지한 채 이동시킴으로써 물리적으로 떨어진 큐비트 간 얽힘을 구현할 수 있는 전자 이동 기반 큐비트 제어 방식
큐비트 확장성과 집적도를 동시에 개선하여 대규모 양자컴퓨터 실현 가능성을 제시함
- 본 접근법은 기존 반도체 제조 공정을 활용함으로써 재료 및 생산 공정 측면에서 높은 실현 가능성을 가짐
- 스핀 큐비트의 소형화 및 내구성 향상을 통해 대규모 집적이 가능하며, 장기적으로 손톱 크기 칩에 수백만 개 큐비트 구현 가능성 제시
- 특히 전자 이동 기반 큐비트 연결 방식은 물리적 거리 제약을 극복하여 대규모 시스템 설계에 중요한 돌파구를 제공
- 현재 개발된 첫 번째 양자 프로세서는 5개의 큐비트를 포함하며, 이는 반도체 기반 양자 프로세서 수준에서 최신 기술 수준에 해당
- 프로세서 칩은 헬름홀츠 나노시설에서 초기 제작되었으며, 이후 인피니언(Infineon)과 협력하여 최신 버전이 개발됨
- 또한 현재 양자컴퓨터 확장의 주요 병목인 ‘배선 문제’를 해결하기 위해 큐비트 제어용 극저온 집적회로 개발을 추진하고 있으며, 피터 그륀베르크 연구소와 아이서크(IceCirc GmbH)가 협력 중임
