IBM 양자 프로세서 ‘나이트호크’ 공개…에너지 R&D 활용 본격화 [카테고리 설정이 아직되어 있지 않습니다.] 양자 컴퓨팅의 이미지./챗GPT.
양자컴퓨팅이 이론과 실험 단계를 넘어 배터리·수소·원자력 등 에너지 산업의 연구개발(R&D) 도구로 활용 범위를 넓히고 있다.
미국 클린테크 전문 매체 클린테크니카는 2일(현지시각) IBM이 차세대 양자 프로세서 ‘나이트호크(Nighthawk)’를 공개하며 청정에너지 분야를 겨냥한 산업용 양자컴퓨팅 로드맵을 본격화했다고 보도했다.
‘큐비트 경쟁’에서 ‘계산 지속성’으로
IBM이 지난해 11월 공개한 나이트호크는 120큐비트 규모의 양자 프로세서다. 큐비트 수 자체는 기존 세대와 큰 차이가 없지만, IBM은 단순한 규모 경쟁 대신 ‘회로 깊이(circuit depth)’와 안정성에 초점을 맞췄다.
나이트호크는 최대 5000개의 2큐비트 게이트 연산을 안정적으로 수행할 수 있도록 설계됐다. 이는 이전 세대인 헤론(Heron) 프로세서 대비 약 30% 향상된 수준이다. IBM은 큐비트 수보다 계산을 얼마나 오래, 안정적으로 유지할 수 있는지가 산업 활용의 관건이라고 설명한다.
이를 위해 IBM은 오류를 완전히 제거하는 방식 대신, 오류를 국소화하는 ‘룬(Loon)’ 칩을 결합했다. 노이즈와 디코히런스를 시스템 전체로 확산시키지 않고 분리·관리하는 구조다. IBM은 이 접근을 바탕으로 2028년까지 1000개 이상의 논리 큐비트 구현을 목표로 제시했다.
IBM의 전략은 양자컴퓨터 단독 운용이 아니라, 기존 GPU·CPU 기반 슈퍼컴퓨터와 결합하는 ‘양자 중심 슈퍼컴퓨팅(quantum-centric supercomputing)’에 맞춰져 있다. 조합 최적화나 분자 시뮬레이션 등 계산 복잡도가 높은 하위 문제만 양자처리장치(QPU)가 맡는 방식이다.
배터리·수소·원자력 R&D로 이동하는 활용 무대
양자컴퓨팅이 청정에너지 분야에서 주목받는 이유는 재료과학, 전기화학, 핵물리처럼 계산 복잡도가 급격히 증가하는 영역에서 고전 컴퓨팅의 한계가 뚜렷하기 때문이다.
태양광 분야에서는 분자 단위 열화 과정과 결함 전파를 정밀하게 시뮬레이션할 수 있고, 연료전지·수전해 장비에서는 촉매 구조와 전해질 조성, 막 내구성 같은 양자역학적 특성이 핵심 연구 대상이다. 촉매 수명 연장이나 귀금속 사용량 감소로 이어질 경우 수소 생산 비용 구조에도 영향을 줄 수 있다.
배터리 분야에서도 리튬이온 열화 경로나 고체전해질 거동을 양자 수준에서 분석하면, 기존에는 수년이 걸리던 시뮬레이션을 크게 단축할 수 있다는 설명이다. IBM은 BMW와의 협업 사례를 통해 수천 개 변수가 포함된 계산을 수 분 내에 수행했다고 밝혔다.
산업계에서도 실험은 이어지고 있다. BMW는 공급망 최적화와 연료전지 연구에 IBM의 양자 시스템을 활용하고 있으며, 에어버스는 수소 항공기 프로젝트 ‘ZEROe’에서 저장·연소 모델링에 이를 적용하고 있다. 일부 국립연구소와 에너지 기업들도 탄소 포집과 전력망 분석 분야에서 시험을 진행 중인 것으로 전해졌다.
IBM은 오류율과 전문 인력 부족 등 한계도 인정하고 있다. 이를 보완하기 위해 오픈소스 개발도구 ‘키스킷(Qiskit)’과 ‘양자 네트워크’를 확대하며 생태계 구축에 나서고 있다.
클린테크니카는 양자컴퓨팅이 기후 문제를 직접 해결하지는 않지만, 배터리와 수소, 원자력, 신소재 개발의 반복 속도를 앞당길 수 있다면 그 효과는 누적될 수 있다고 분석했다. 나이트호크는 양자컴퓨팅을 마케팅이 아닌 산업 공학의 언어로 설명하기 시작한 사례라고 평가했다.
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