‘범용 양자 알고리즘 계산’, ‘잡음 환경 양자 알고리즘’, ‘양자 프로그래밍 언어’ 등
국내 연구기관․학계․업계 전문가들 집단 연구, ‘양자컴퓨팅 SW’ 기술 공개 ‘눈길’
[애플경제 이윤순 기자] 국내에서도 양자 컴퓨팅 기술개발에 박차를 가하고 있다. 특히 양자 컴퓨팅 시스템 기술, 알고리즘 및 응용 SW 기술 등 기반 기술이 그 핵심이다.
특히 최근엔 소프트웨어정책연구소, 한국과학기술원, 한국전자통신연구원, 정보통신기획평가원, 부경대, 고려대 등 학계가 이에 대한 심층 연구 끝에 ‘양자 컴퓨팅 SW’를 그 기술별로 정의한 내용을 공개, 관심을 끈다. 이는 국내 양가컴퓨팅 기술의 현 주소를 한 눈에 짐작하게 하도록 집대성한 것이어서 그 의미를 높이 평가받고 있다.
다양한 양자 알고리즘 기술
이에 따르면 일단 양자 컴퓨팅 SW 기능 구조의 소분류 정의를 보면 복잡도에서 양자 우위를 확보할 수 있는 양자 알고리즘인 ‘범용 양자 알고리즘 계산’이 제시된다.
또 ‘잡음 환경 양자 알고리즘’(NISQ)도 있다. 이는 환경 양자 컴퓨팅 활용 및 보완 알고리즘으로서 그 핵심길목기술도 제시되었다. 즉, ‘Short-depth’ 기반 양자 우위를 지닌 응용 알고리즘 기술과, 양자-고전 하이브리드 응용 알고리즘 및 양자 우위 확보 기술, 양자 잡음 완화 기술 등이다.
다음으로 ‘알고리즘 및 검증 라이브러리’가 있다. 다양한 응용 분야 및 양자 HW를 지원하기 위해 기존 고전 및 양자 컴퓨팅 환경에 적용 가능한 인터페이스를 갖춘 양자 하드웨어 비의존적인 양자 알고리즘, 양자 HW 의존적인 검증 및 편의성 도구 라이브러리로 설명된다.
‘양자 프로그래밍 언어’, 즉 양자 알고리즘 작성을 지원하기 위해 고전 프로그래밍 언어를 확장한 고수준 프로그래밍 언어 및 개방형 양자 플랫폼을 활용한 저수준 프로그래밍 언어 기술도 제시된다. 이는 또 실용적인 문제에 활용하기 위해 대규모 큐비트로 구성된 양자 알고리즘을 설계하거나 고전 컴퓨팅 공통 기능을 양자컴퓨터에서 효과적으로 구현하는 도구를 제공하는 기술이다.
양자 논리 변환, 컴파일러 기술
특정 양자 컴퓨팅에서의 알고리즘 구현을 목적 하드웨어 명세 및 사용자 제약에 기반하여 다른 방식의 양자 컴퓨팅에서 실행 가능한 형태로 자동으로 변환하는 기술, 즉 ‘양자 논리 변환’ 기술도 있다.
이는 또 다른 방식의 양자 컴퓨팅 간 알고리즘 변환 기술과, 컴퓨팅 방식 변환을 위한 자원 최적화 기술로 나뉜다.
다양한 양자 HW 연동성과 상호운용성을 제공하기 위해 HW 추상화, 자원 최적화 및 코드 변환의 효율성을 극대화하는 고수준 ‘양자 컴파일러 기술’도 제시된다.
또 고수준 양자 최적화 컴파일러를 보완하여 특정 양자 하드웨어를 대상으로 하는 물리적 게이트 및 펄스 수준의 게이트 분해, 양자 오류 저감 및 회로 최적화를 제공하여 큐비트 제어용 신호로 변환하는 ‘저수준 양자 컴파일러 기술’도 있다.
‘큐비트 제어 로직’ 기술도 핵심
다음으로 ‘논리 큐비트 제어 로직’ 기술도 제시된다. 이는 양자 실행 코드를 논리 게이트 연산 분해, 실행 회로 최적화 및 시스템 합성을 통해 추상 마이크로 구조 코드로 변환하는 제어 처리 기술이다.
또 추상 마이크로 구조 코드를 실제 양자 물리 장치의 특성을 반영하여 수행 시간 정보를 갖는 마이크로 구조 코드로 변환하는 제어 처리하는 ‘물리 큐비트 가상화’ 기술도 제시된다.
‘물리 큐비트 제어 로직’ 기술도 있다. 이는 실제 양자 물리 장치와 연동된 디지털/양자 인터페이스 장치에 마이크로 구조 코드를 실행 등록하고, 연산 수행 시간에 동기화된 실행 제어 처리를 수행하는 기술이다.
‘양자 오류 정정’ 기술, 즉 물리 큐비트 연산, 측정 및 다수 환경 요인으로 발생하는 상태 오류를 검출하고 논리적으로 보정하여 양자 잡음을 제거하는 기술도 제시되었다.
이와 함께 고전 컴퓨터의 메모리상에 양자 큐비트 상태를 표현하고 수학적 행렬 연산을 적용해서 시간에 따른 양자 상태 변화를 전산 모사하는 디지털 시뮬레이터 기술인 ‘상태벡터기반 시뮬레이터’도 있다.
‘텐서 네트워크 기반 시뮬레이터’도 제시되었다. 이는 양자 상태 변화 없이 양자 회로를 텐서 네트워크로 표현하고 각 텐서들을 그래프로 구성, 양자 회로 진행에 따라 그래프 형태 변화를 전산 모사하는 디지털 시뮬레이터 기술이다.
이같은 핵심기술을 제시한 전문가들은 “글로벌 양자경제 중심국가로 도약하기 위해 양자 컴퓨터, 양자 통신, 양자 센싱 등 영역에서 HW와 SW의 핵심기술을 발굴하여 균형적인 투자와 개발이 중요하다”면서 “특히 연구 결과 제시된 양자 컴퓨팅 SW 핵심길목기술이 향후 중요한 관건이 될 것”이라고 했다.