엔비디아는 2026년 10월 19일, 유럽의 JUPITER 슈퍼컴퓨터에서 104큐비트 프로토콜을 구현한 양자 시뮬레이션 연구 결과를 발표했다. 율리히 슈퍼컴퓨팅센터 연구진과 협력한 연구팀은 내결함성 컴퓨팅에 필요한 특수 양자 상태를 준비하는 과정을 모델링하기 위해 엔비디아 GH200 GPU 8,192개를 사용했다. 이 연구는 기존 컴퓨팅 하드웨어를 이용한 시뮬레이션으로, 완성된 내결함성 양자컴퓨터를 실제로 가동한 것은 아니다.
핵심 요점
- 시뮬레이션은 데이터 큐비트와 보조 큐비트를 포함해 물리 큐비트 104개에 걸친 프로토콜을 모델링했다.
- 연구진은 더 단순한 양자 모델이 놓칠 수 있는 하드웨어 결함을 테스트했다.
- 이 프로젝트는 상업용 양자 애플리케이션을 시연하기보다 양자 프로세서 설계를 뒷받침한다.
목차
엔비디아 양자 시뮬레이션, 연산 자원 집약적 과제 겨냥
엔비디아의 JUPITER 시뮬레이션 기술 설명에 따르면, 이번 연구는 매직 상태 준비를 다뤘다. 이렇게 특별히 준비된 양자 상태는 범용 양자 연산에 필요한 연산을 가능하게 하지만, 이를 안정적으로 생성하는 데는 양자컴퓨터 자원의 상당 부분이 소요될 수 있다.
연구팀은 매직 상태 배양(magic-state cultivation)이라는 과정의 일부를 살펴봤다. 이 과정은 작은 오류 정정 코드에서 상태를 준비하고, 오류가 있는지 확인한 뒤 더 큰 코드로 확장하는 것이다. 오류가 이 과정에 미치는 영향을 이해하면 연구진이 미래 프로세서에 필요한 자원과 오류 제어 방식을 평가하는 데 도움이 될 수 있다.
| 항목 | 세부 내용 |
|---|---|
| 시뮬레이션 소프트웨어 | 엔비디아 CUDA-Q 및 cuQuantum. |
| 인코딩 레지스터 | GPU 8,192개 구성에서 이진 저장 비트 45개. |
| 표현된 상태 | 약 35조 2,000억 개의 복소 진폭. |
| 상태 메모리 | 배정밀도 기준 512 TiB로, GPU당 64 GiB에 해당. |
세밀한 오류 모델링으로 연산 부담 증가
모델에는 누적되거나 서로 간섭할 수 있는 결맞음 위상 오류와, 초전도 큐비트가 통상적인 두 개의 계산 에너지 준위를 벗어나는 누설 현상이 포함됐다. 이에 따라 특정 지점은 세 번째 에너지 준위까지 모델링해 시뮬레이션의 복잡도를 높였다.
계산을 관리 가능한 수준으로 유지하기 위해 소프트웨어는 연산 간 의존성과 측정 통계를 보존하면서 연산 순서를 재구성했다. 또한 큐비트를 측정해 해제할 때 저장 공간을 재사용함으로써, 변화하는 양자 상태의 크기를 줄인 채 전체 프로토콜을 추적할 수 있었다.
개발과 검증은 엔비디아 가속 양자 연구센터에서 진행됐으며, JUPITER에서는 대규모 실행이 병행됐다. 이러한 병렬 작업 방식 덕분에 가장 큰 슈퍼컴퓨터 자원을 배정받을 때까지 기다리지 않고도 소프트웨어 테스트를 계속할 수 있었다.
상업적 도입이 아닌 연구 벤치마크
이번 연구의 실질적인 가치는 하드웨어 결함이 양자 회로를 거치며 어떻게 전파되는지 살펴볼 수 있는 더 정교한 기준 자료를 제공한다는 데 있다. 연구자들은 이를 활용해 더 간결한 시뮬레이션 방법을 테스트하고, 프로세서 설계 시 어떤 오류를 더 면밀히 살펴야 하는지 조사할 수 있다.
이번 발표는 상업용 양자컴퓨팅 도입을 입증하지 않으며, 엔비디아에 대한 재무적 기여도 정량화하지 않는다. 발표에서 제시한 장기 목표는 잡음이 있는 매직 상태 준비의 동작을 양자 애플리케이션이 사용하는 연산의 품질 및 비용과 연결하는 것이다.
결론
이번 결과는 내결함성 양자컴퓨팅의 까다로운 구성 요소를 연구할 수 있는 상세한 기준 자료를 제공한다. 제시된 다음 연구 단계는 이 작업 흐름을 다양한 누설 모델, 회로 스케줄 및 오류 정정 프로토콜에 적용하는 것이며, 일정은 명시되지 않았다.
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