인텔 랩(Intel Labs)이 10일 풀스택 양자 컴퓨팅 시스템을 위한 제어 칩 코드명 ‘호스 리지(Horse Ridge)’를 발표했다.

델프트 공과대학교(TU Delft) 큐텍(QuTech)의 공동 연구자들과 협력해 개발한 호스 리지는 인텔의 22나노 공정의 핀펫 기술을 활용해 제작됐다. 업계 최초로 극저온을 이용해 다수의 양자 비트(큐비트)를 제어, 대규모 양자 컴퓨터 시스템으로의 확장할 수 있는 길을 열었다는 설명이다.

인텔이 발표한 양자컴퓨팅 시스템 제어 SOC ‘호스 리지’. / 인텔 제공
인텔이 발표한 양자컴퓨팅 시스템 제어 SOC ‘호스 리지’. / 인텔 제공
양자 컴퓨터는 큐비트가 동시에 다수의 형태로 존재할 수 있는 양자 물리학에 기초한다. 대규모 연산을 동시에 처리할 수 있어 기존의 컴퓨터로는 처리할 수 없는 문제들을 해결할 수 있는 잠재력을 갖춘 차세대 컴퓨팅 기술로 꼽힌다.

기존에는 연구원들이 양자 장치의 잠재력을 입증할 수 있는 소규모 양자 시스템을 구축하는 데 주력해 왔다. 개별 큐비트를 제어하기 위해 고안된 맞춤형 장치로, 극저온 냉장고 내 양자 프로세서를 제어하기 위해 수백 개의 와이어가 안팎으로 연결되어 대규모 확장이 쉽지 않다.

호스 리지는 양자 시스템 작동에 필요한 전자 제어 장치를 대폭 단순화한 것이 특징이다. 부피가 큰 기기를 고도로 통합된 SoC(System-on-Chip)로 교체함으로써 시스템 설계를 간소화하고, 정교한 신호 처리 기법을 통해 설정 시간을 단축해 큐비트 성능을 향상할 수 있다.

극저온 냉장고 안에서 작동하는 큐비트를 제어하는 무선 주파수(radio frequency) 프로세서의 역할을 하도록 설계된 호스 리지는 기본적인 큐비트 조작에 해당하는 명령어로 프로그램되어 있다. 이에 따라 명령어를 전자파 펄스로 변환해 큐비트의 상태를 조작할 수 있다.

또한, 기존의 양자 컴퓨터가 원자들이 움직임을 멈추는 절대 영도보다 아주 조금 높은 밀리켈빈(millikelvin) 범위에서 작동하는 것과 달리, 호스 리지 제어 칩은 그보다 높은 4켈빈(K, Kelvin)에서 작동한다. 1K 이상의 온도에서 작동할 수 있는 성질을 통해 양자 시스템 구축의 어려움을 낮출 수 있다는 설명이다.

연구진은 극저온 제어 장치와 실리콘 스핀 큐비트가 동일한 온도 수준에서 작동하는 것이 목표다. 이를 통해 인텔은 향상된 패키징 및 상호 연결 기술에 대한 전문성을 활용하고, 하나의 간소한 패키지로 큐비트와 제어기능을 갖춘 솔루션을 만들고, 나아가 상용 양자 컴퓨터를 설계하고 시험하며 최적화하는 내부 역량을 극적으로 가속한다는 계획이다.

짐 클라크(Jim Clarke) 인텔 양자 하드웨어 총괄은 "큐비트 자체에 대한 강조는 많이 있었지만 다수의 큐비트를 동시에 제어하는 능력을 갖추는 것은 업계 전체의 도전과제였다"라며 "인텔은 대규모 상용 양자 시스템을 개발하기 위해서는 양자 제어가 풀어야 할 퍼즐의 필수 조각임을 인식했다. 호스 리지로 인텔은 확실하게 빠른 양자 컴퓨팅 테스트를 가능케 하고 잠재력을 실현할 수 있게 돕는 확장 가능한 제어 시스템을 개발해 왔다"고 밝혔다.