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[서울=뉴스핌] 황숙혜 기자 = 양자 컴퓨팅의 오류 정정이 실용화를 위한 핵심 과제라는 측면에서 아마존(AMZN)의 오셀롯(Ocelot)이 커다란 진전을 이뤘다는 평가다.

주요 외신에 따르며 아마존은 첫 번째 양자 컴퓨팅 칩 오셀롯을 2025년 2월27일(현지시각) 공개했다. 마이크로소프트(MSFT)가 마요라나 원(Majorana 1)을 선보인 지 1주일만이다.

시장 전문가들은 아마존이 궁극적으로 클라우드 서비스를 통해 개발자나 기업들에게 오셀롯에 접근할 수 있도록 할 것으로 예상한다.

불과 1주일 전에 등장한 오셀롯은 구글의 윌로우와 유사점을 보인다. 두 가지 칩 모두 초전도 회로와 마이크로파 제어를 통해 큐비트를 조작하는데, 이 때문에 공통적인 문제를 안고 있다. 초전도체 큐비트는 연산 속도가 빠르지만 오류에 취약하다고 업계 전문가들은 지적한다.

오셀롯의 큐비트가 윌로우와 차별화된 부분은 슈뢰딩거의 사고 실험에서 유래된 소위 '고양이 큐비트(cat qubit)'를 사용한다는 점이다.

'슈뢰딩거의 고양이'란 1935년 오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거가 양자 역학의 불완전성을 설명하기 위해 고안한 실험으로, 방사성 원소와 방사선 감지 장치, 이 장치가 작동하면 깨지는 독극물 병이 들어 있는 상자 안에 고양이를 한 마리 넣어 가두는 것으로 시작한다.

밀폐된 상자 안에서 방사성 원소가 붕괴되지 않으면 고양이는 살아있고, 붕괴되면 죽는다. 정확한 상황은 상자를 열 때 확인된다.

아마존의 오셀롯 [사진=업체 제공]

고양이가 살아있을 수도, 죽었을 수도 있는 상황을 양자 역학의 중첩 상태를 의미하고, 상자를 열어 생사를 확인하는 행위는 관측에 해당한다.

기존의 컴퓨터가 1 혹은 0의 비트를 근간으로 하는 반면 양자 컴퓨팅의 큐비트는 1과 0을 동시에 가질 수 있는데, 이는 입자가 동시에 여러 상태로 존재할 수 있다는 양자 역학의 기본 원리를 반영한다.

아마존은 사내 블로그를 통해 고양이 큐비트에 대해 "잘 정의된 진폭과 위상을 가진 고전적 상태의 양자 중첩을 사용해 큐비트의 정보를 인코딩 한 것"이라며 "가장 핵심적인 장점은 비트 플립 오류를 기하급수적으로 줄일 수 있다는 점"이라고 설명했다.

아이온큐 주가 추이 [자료=블룸버그]

큐비트의 수를 늘리는 대신 진동자의 에너지를 높이는 형태로 오류 수정을 훨씬 효율적으로 해내도록 개발됐다는 얘기다. 큐비트의 수를 늘리는 방법을 채택한 윌로우와 근본적인 차이점이다.

오셀롯의 큐비트는 근본적으로 비트 플립 오류를 억제하도록 설계됐고, 이른바 고양이 큐비트로 알려진 설계를 통해 양자 오류 수정 효율성을 최대 90%까지 상승시켰다고 아마존은 주장한다.

이 같은 측면에서 오셀롯은 구글의 윌로우보다 마이크로소프트의 마요라나 원과 흡사하다. 오셀롯보다 1주일 먼저 공개된 마요라나 원 역시 큐비트의 수를 늘리기보다 큐비트의 설계를 통해 오류를 줄이려는 시도를 통해 개발됐다.

업계 전문가들은 마요라나 원이 아직 실험 초기 단계로, 확장 가능성이 입증되지 않은 특수 재료와 정밀한 조건을 필요로 한다고 설명한다.

마요라나 원은 윌로우나 오셀롯과 달리 초전도 큐비트를 사용하지 않는다. 대신 마요라나 제로 모드라고 불리는 독특한 양자 상태를 사용해 보다 안정적이고 오류 허용성이 있는 시스템을 목표로 큐비트를 설계했다. 근본적으로 상이한 경로를 채택한 셈이다.

보다 안정적인 큐비트란 하나의 논리 큐비트 당 필요한 물리 큐비트의 수가 더 적다는 의미다. 마이크로소프트는 마요라나 원에 불과 8개의 큐비트를 탑재했지만 100만개로 확장 가능하도록 설계됐다고 전했다. 다만, 회의론자들은 이 같은 확장성이 실제로 입증되지 않았다고 지적한다.

미국 반도체 업체 램버스는 마요라나 원 칩이 양자 컴퓨팅에서 주목할 만한 혁신이지만 마이크로소프트가 추구하는 소위 '큐비트 확장성'을 실현할 경로를 발견했는지 여부는 시간이 말해 줄 것이라고 말했다.

분명한 사실은 세 개 빅테크가 서로 상이한 접근 방식으로 양자 컴퓨팅 개발에 도전장을 냈다는 점이고, 어느 쪽이 최종 승자가 될 것인지는 앞으로 지켜봐야 할 문제다.

빅테크가 각축전을 벌이는 가운데 중소 업체들도 양자 컴퓨팅 기술 개발에 공격적인 행보를 취하고 있다. 나스닥 시장에 상장된 리게티 컴퓨팅(RGTI)과 뉴욕증시에 상장된 아이온큐(IONQ)가 대표적이다.

캘리포니아 주에 본사를 둔 리게티 컴퓨팅은 IBM의 엔지니어가 2013년 창업한 업체로, 양자 컴퓨팅 개발 이외에 클라우드 플랫폼 포레스트(Forest) 구축했다.

업체는 지난 2016년 3개의 큐비트를 탑재한 첫 양자 프로세서를 공개했고, 이듬해 8개 큐비트를 탑재한 퀀텀 컴퓨터의 시험에 돌입했다.

업체의 양자 칩 개발은 이후에도 지속됐고, 2023년 7월 84개 큐비트를 탑재한 양자 프로세서를 선보였다.

2022년 3월 기업인수목적회사(SPAC)와 합병을 통해 나스닥 시장에 입성한 리게티 컴퓨팅은 2년 이상 1달러 선에서 횡보하다 2024년 말부터 가파른 주가 상승을 연출, 3월4일(현지시각) 7.86달러에 거래됐다.

2015년 듀크 대학의 두 교수가 설립한 아이온큐는 메릴랜드 주에 본사를 두고 양자 컴퓨팅에 필요한 하드웨어와 소프트웨어를 개발하고 있다.

업체 역시 기업인수목적회사(SPAC)와 합병을 통해 뉴욕증시에 상장했고, 2024년 2월 워싱턴 주에 연구개발(R&D) 시설을 구축했다.

한국의 SK텔레콤과 파트너십을 체결한 업체는 2024년 4310억달러의 매출액을 달성, 전년 대비 95%에 달하는 외형 성장을 이뤘다. 같은 기간 비용 상승으로 인해 현금성 자산 규모가 4억5590만달러에서 3억6380만달러로 줄었다.

업체의 주가 역시 2024년 9월 말 9달러 선에서 강한 상승 모멘텀을 보이며 랠리, 3월4일 22.35달러에 거래를 마쳤다.

리게티 컴퓨팅과 아이온큐의 주가가 2024년 4분기 이후 급등한 데 대해 시장 전문가들은 빅테크 3사의 양자 칩 발표가 관련 섹터에 대한 투자자들의 매수 심리를 자극한 결과라고 해석한다.

투자은행(IB) 업계는 장기적으로 양자 컴퓨팅 기술 개발과 시장 성장 가능성이 높아지고 있지만 불확실성이 크다고 지적한다.

업계 전문가들 조차 상용화 시기를 놓고 커다란 의견 차이를 보이는 데다 서로 상이한 전략을 취하는 업체들 중 승자를 미리 예측하는 일이 간단치 않다는 얘기다.

shhwang@newspim.com