MS, 토포컨덕터 기반 양자 프로세서 ‘마요라나 1’ 공개

단일 프로세서에 100만개 이상의 큐비트 집적 가능

마요라나 1(Majorana 1) 양자 프로세서 이미지ⓒ마이크로소프트

마이크로소프트는 세계 최초로 토포컨덕터(Topological Conductor) 기반 양자 프로세서(quantum processor)인 마요라나 1(Majorana 1)을 공개했다고 20일 밝혔다.

손바닥 크기의 마요라나 1은 마이크로소프트가 개발한 토폴로지 코어(Topological Core) 아키텍처를 기반으로 설계됐다.

마요라나 1은 양자 컴퓨터의 연산 단위인 큐비트(Qubit)를 단일 프로세서에 100만개 이상 집적할 수 있는 확장성을 가졌다. 또한 오류 저항성을 하드웨어에 갖춘 내결함성 구조(fault-tolerant)로 더욱 안정적인 양자 연산이 가능하다. 디지털 방식으로 큐비트를 제어할 수 있어 신뢰성도 높였다.

이 같은 혁신의 핵심은 토포컨덕터라는 새로운 물질에 기반한다는 설명이다. 마이크로소프트 연구진은 반도체인 인듐비소와 초전도체인 알루미늄을 원자 단위에서 정밀하게 결합해 토포컨덕터라는 완전히 새로운 재료 스택을 제작했다.

토포컨덕터는 극저온에서 토폴로지 초전도성을 유지하면서 고체·액체·기체와는 다른 토폴로지 상태(Topological state)를 형성한다. 특히 이 물질은 새로운 양자 입자인 마요라나 입자(Majorana particle)를 관찰하고 제어함으로써 초소형·초고속·고안정 큐비트를 생성하는 데 활용할 수 있는 혁신적인 재료다.

이번 연구 결과를 담은 논문은 세계적 과학 저널 네이처(Nature)에 동료 평가를 거쳐 게재됐다. 해당 논문에서는 마이크로소프트 연구진이 토폴로지 큐비트의 독특한 양자 특성을 구현하고, 이를 정밀하게 측정하는 방법이 소개됐다.

특히 토포컨덕터가 무작위적 방해로부터 양자 정보를 효과적으로 보호하는 마요라나 입자를 생성할 수 있으며, 마이크로파 측정을 활용해 해당 정보를 신뢰성 있게 판독할 수 있다는 점도 다뤄졌다.

마이크로소프트는 미국 국방고등연구계획국(DARPA)의 산업 규모 양자 컴퓨팅을 위한 미개척 시스템(US2QC) 프로그램 최종 단계에 진출한 두 개 기업 중 한 곳으로 선정됐다. US2QC는 DARPA의 양자 벤치마킹 이니셔티브(Quantum Benchmarking Initiative)의 일부로, 실용적이며 내결함성이 높은 양자 기술 개발을 목표로 하는 연구 프로젝트다.

마이크로소프트는 양자 컴퓨터가 다양한 산업과 연구 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대하고 있다. 특히 재료 과학, 의료 및 생명 과학, 기후 변화 대응, 지속 가능한 에너지 연구 등에서 양자 컴퓨터의 역할이 더욱 중요해질 것으로 보고 있다.

예를 들어, 양자 컴퓨터는 금속이 녹슬거나 균열이 생기는 원인을 분석해 이를 스스로 복구하는 신소재를 개발하거나, 미세 플라스틱을 무해한 물질로 분해하는 촉매를 찾는 데 활용될 수 있다고 전망했다 효소의 작용을 정밀하게 분석해 더 효과적인 치료제나 친환경 농업 기술을 개발하는 데 기여할 수도 있다.

체탄 나약(Chetan Nayak) 마이크로소프트 퀀텀 하드웨어 부사장은 "마이크로소프트는 18개월 전부터 양자 슈퍼컴퓨터로 가는 로드맵을 제시했으며, 이번에는 세계 최초로 토폴로지 큐비트를 공개하며 두 번째 이정표를 달성했다"고 말했다.

이어 그는 "백만 큐비트 규모로 확장 가능한 양자 컴퓨터는 단순한 기술적 성취가 아니라, 전 세계가 직면한 가장 복잡한 문제를 해결할 수 있는 열쇠"라며 "이 기술이 실현되면 자가 치유 소재, 지속 가능한 농업, 더 안전한 화학 물질 개발 등 다양한 혁신이 가능해질 것"이라고 강조했다.