이 기사는 10월 1일 오전 12시31분 '해외 주식 투자의 도우미' GAM(Global Asset Management)에 출고된 프리미엄 기사입니다. GAM에서 회원 가입을 하면 9000여 해외 종목의 프리미엄 기사를 보실 수 있습니다.

[서울=뉴스핌] 황숙혜 기자 = 미국 양자 컴퓨팅 스타트업 아이온큐(IONQ)의 주가 흐름에 급반전이 나타나 주목된다.

9월 하순 기준 1년 사이 40% 급락했던 업체의 주가가 지난 28일(현지시각) 장중 기준 11% 폭등한 것. 이 때문에 30일 종가 43.86달러를 기준으로 1년간 낙폭이 30% 이내로 축소됐다.

투자자들의 매도 심리가 달아오른 데는 양자 컴퓨팅 상용화의 최대 난제 가운데 하나인 실시간 오류 수정에서 커다란 이정표를 세웠다는 소식이 핵심 요인으로 작용했다.

주요 외신에 따르면 아이온큐는 단일 범용 CPU(중앙처치장치)를 활용해 실시간으로 양자 오류를 수정하는 이른바 '엔드 투 엔드(End-to-End) 실시간 양자 오류 디코더' 기술을 실증했다고 발표했다.

인공지능(AI) 모델을 이용해 아이온큐와 엔비디아의 양자 관련 보고서를 종합 분석한 결과에 따르면 양자 오류 실시간 수정은 연산이 끝난 뒤 오류를 확인하는 것이 아니라 양자 연산이 수행되는 동안 실시간으로 오류를 즉시 계산하고 보정하는 고난도 기술이다.

양자 오류(Quantum Error)란 양자 컴퓨터의 기본 단위인 큐비트(Qubit)가 0과 1의 상태를 동시에 갖는 소위 '중첩'과 '얽힘'이라는 민감한 양자 역학적 특성에서 발생하는 현상이다.

전통적인 컴퓨터의 기본 단위가 0 또는 1의 명확한 상태를 갖는 반면 양자 컴퓨터의 큐비트는 0과 1의 상태를 동시에 가질 수 있고, 이 때문에 주변 온도의 미세한 변화부터 주변 전자파, 진동 등 외부 환경의 작은 영향에도 큐비트의 양자 상태가 깨지거나 왜곡되는 현상을 보인다. 이를 양자 오류라고 지칭한다.

양자 오류는 0이 1로, 또는 1이 0으로 뒤바뀌는 비트 반전과 양자 파동의 위상 각도가 뒤틀리는 양자 특유의 오류인 위상 반전 등 크게 두 가지 유형으로 구분된다.

일반적인 컴퓨터는 동일한 데이터를 복사해 두는 방식을 통해 오류를 쉽게 교정하지만 양자 역학에서는 이른바 '복제 불가능 정리(No-Cloning Theorem)'와 '관측 시 상태가 파괴되는 관측 효과'가 존재하기 때문에 큐비트를 직접 들여다보거나 복사해 둘 수 없다.

이를 극복하기 위해 양자 오류 수정(QEC)은 여러 개의 물리 큐비트를 묶어 하나의 안전한 논리 큐비트(Logical Qubit)로 감싸는 방식으로 진행된다.

AI 모델이 분석한 보고서는 실시간 오류 수정의 의미를 크게 세 가지로 제시한다. 양자 연산이 진행중인 상태에서 오류 여부를 지속적으로 감지하고, 데이터가 파괴되기 전 마이크로 초 단위의 짧은 시간 안에 어디서 오류가 발생했는지 계산해 내고, 연산을 멈출 필요 없이 실시간 피드백을 통해 계산 과정 중에 오류를 바로 잡는다.

아이온큐가 이번에 실증한 실시간 양자 오류 수정은 고가의 특수 하드웨어 없이 일반 범용 CPU 하나만으로 양자 시스템이 실행하는 속도에 맞춰 실시간으로 디코딩 작업을 처리했다는 점에서 의미가 실린다.

이중 디코더 구조라는 대목도 눈길을 끈다. 빠른 연산 속도를 확보하는 동시에 연산 부하를 최소화하면서 400개 이상의 논리 큐비트 규모까지 확장 가능한 기반을 마련했다는 것.

여기에 내결함성(Fault-Tolerant) 양자 컴퓨팅의 진전을 이뤄냈다고 업계 전문가들은 강조한다. 실시간 오류 수정은 양자 컴퓨터가 환경 노이즈를 극복하고 실제 상용 수준의 대규모 연산을 수행하는 데 핵심적인 기술적 관문이라는 평가다.

사실 실시간 양자 오류 수정이 실증된 사례는 이번이 처음이 아니다. 지난 수 년간 하버드대학과 하니웰, 구글 등 다양한 양자 컴퓨팅 기업과 연구진이 이온트랩부터 초전도체까지 하드웨어 방식을 불문하고 실시간 양자 오류 수정을 단계적으로 실증해왔다.

하지만 아이온큐의 이번 실증에 월가와 관련 업계가 주목하는 이유는 단일 표준 CPU 기반의 엔드투엔드 실시간 양자 오류 디코더이기 때문이다.

이전까지 하버드와 구글 등 기업이나 연구소는 실시간 오류 수정을 위해 가격이 비싸고 설계가 복잡한 고성능 특수 하드웨어를 사용한 데 반해 아이온큐는 일반 PC나 서버에 들어가는 단일 표준 CPU 하나만으로 양자 연산 속도와 실시간으로 동기화하면서 지연 시간 없이 오류를 계산, 수정했다. 이 같은 형태의 디코더 알고리즘을 실증한 것은 처음이다.

아이온큐의 단일 CPU 기반 실시간 양자 오류 디코더 실증은 단순한 실험 성공을 넘어 양자 컴퓨팅 산업이 상용 내결함성 양자 컴퓨터로 진입하는 시점을 앞당겼다는 데서 의미가 크다.

AI 모델을 이용한 관련 업계 및 투자은행(IB) 보고서 분석에 따르면 양자 컴퓨팅 산업 측면에서 이번 실증이 갖는 의미는 상용화 비용과 인프라 장벽의 획기적 절감과 시스템 병목 현상 해소, 양자 기술의 학술적 연구 단계에서 실용적 시스템 엔지니어링 단계로 전환 등 크게 세 가지로 볼 수 있다.

기존 초전도체나 다른 양자 시스템은 실시간 오류 수정을 위해 초고가 전용 하드웨어와 복잡한 인프라가 필수적이지만 아이온큐가 범용 CPU로 디코딩을 실증한 데 따라 향후 대규모 양자 데이터센터 구축 비용과 시스템 복잡도를 크게 낮출 수 있게 됐다는 설명이다.

양자 컴퓨터의 한계는 큐비트 수 증가뿐 아니라 발생하는 연산 오류를 양자 상태가 깨지기 전 얼마나 빠르게 계산해 내는가의 문제와 직결돼 있는데 이번 실증은 400개 이상의 논리 큐비트 연산 환경에서도 최적의 지연 시간으로 실시간 처리가 가능하다는 점을 보여줬다. 실용적인 확장의 발판을 마련했다는 얘기다.

아울러 IT 업계와 월가는 아이온큐의 실증을 계기로 양자 산업의 경쟁 축이 단순한 물리 큐비트 수 늘리기에서 실제 상용 연산이 가능한 시스템 소프트웨어 및 디코딩 효율화로 옮겨가게 됐다고 강조한다.

주요 외신들도 아이온큐의 이번 결실에 크게 의미를 실었다. CNBC는 업체의 이번 성과가 내결함성 양자 컴퓨팅을 향한 주요 기술적 병목을 해결한 것이라고 평가했다.

양자 컴퓨팅 전문 매체인 큐비트 뉴스는 실시간 오류 수정이 기술적으로 구현 가능하다는 사실을 보여준 강력한 신호라고 전했다. 이번 실증이 기업용 애플리케이션의 즉각적인 상용화를 뜻하지는 않지만 내결함성 양자 컴퓨터의 현실화 시점을 크게 끌어당겼다는 의견이다.

일부 시장 전문가들은 양자 컴퓨팅의 본격적인 상용화까지는 여전히 갈 길이 멀다고 지적한다. 아이온큐의 디코더 시연이 실제 양자 하드웨어가 아닌 시뮬레이션 데이터 상에서 검증된 단계라는 얘기다.

실증 성공 소식이 전해지면서 단숨에 주가가 두 자릿수의 랠리를 연출하자 상용 제품으로 이어지기까지 중장기적인 검증 기간이 필요하다는 경계의 목소리가 고개를 들었다.

shhwang@newspim.com