양자처리장치

양자처리장치(QPU)는 양자 컴퓨팅의 핵심 하드웨어 구성요소로, 양자역학 원리를 이용해 정보를 처리하는 장치이다. 양자프로세서라고도 부른다.



프로세서는 큐비트를 기본 정보 단위로 사용하며, 양자 중첩과 얽힘 현상을 활용하여 복잡한 연산을 수행한다.



QPU의 개념은 1981년 리처드 파인만이 양자현상을 이용한 컴퓨팅 아이디어를 제시하면서 처음 등장하였다. 1985년 데이비드 도이치 교수가 양자 알고리즘의 구동 가능성을 검증하였고, 1994년 피터 쇼어 교수의 양자 암호해독 알고리즘 발표로 양자컴퓨팅이 주목받기 시작하였다.



현재 QPU는 다양한 물리적 구현 방식으로 발전하고 있다. 초전도 큐비트, 트랩된 이온 큐비트, 광학 큐비트, 토폴로지 큐비트 등 여러 종류의 큐비트 기술이 연구 중이며, 각 기술은 고유한 장단점을 가지고 있다.



구글의 시카모어(Sycamore) 칩은 2019년 10월에 발표된 53개의 작동 가능한 큐비트를 가진 프로세서로, 양자 우위를 처음으로 달성했다. 이는 NISQ(Noisy Intermediate-scale Quantum) 시대의 대표적인 예시이다.



2024년 12월에 발표된 구글의 윌로우(Willow) 칩은 오류 수정 및 확장성 개선 단계를 대표한다. 윌로우는 105개의 큐비트를 탑재하고 있으며, '표면 코드(surface code)' 기술을 적용해 큐비트 배열을 최적화하여 계산의 정확도를 높였다. 이는 현존하는 가장 빠른 슈퍼컴퓨터로 10의 25제곱년이 걸리는 계산을 단 5분 만에 처리할 수 있는 혁신적인 성능을 보여주었다.



QPU의 성능 향상을 위해 연구자들은 데코히어런스, 오류율, 확장성 등의 기술적 과제를 해결하고자 노력하고 있다. 이러한 발전을 통해 QPU는 암호학, 의약품 개발, 재료 과학, 최적화 문제 등 다양한 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 것으로 예상된다.