양자 컴퓨팅 실용화 가속…확장성과 안정성 강화한 혁신적 기술

마이크로소프트가 세계 최초로 토포컨덕터(Topological Conductor) 기반 양자 프로세서 ‘마요라나 1(Majorana 1)’을 공개했다. 이번 발표는 양자 컴퓨팅 상용화를 앞당기는 중요한 이정표로 평가된다.

최근 양자 컴퓨터 기술이 다양한 산업에서 주목받으며 연구가 가속화되는 가운데, 마이크로소프트는 이번 프로세서를 통해 양자 컴퓨팅이 수십 년이 아닌 수년 내에 실용화될 가능성을 제시했다.

토폴로지 코어 아키텍처 기반 양자 연산 확장

손바닥 크기의 ‘마요라나 1’은 마이크로소프트가 개발한 토폴로지 코어(Topological Core) 아키텍처를 기반으로 설계됐다. 기존 양자 컴퓨터의 한계를 극복하기 위해 단일 프로세서에 100만 개 이상의 큐비트(Qubit) 집적이 가능하도록 설계됐으며, 하드웨어 차원에서 오류 저항성을 갖춘 내결함성(fault-tolerant) 구조를 채택해 보다 안정적인 양자 연산을 구현했다.

또한, 디지털 방식으로 큐비트를 제어할 수 있어 신뢰성이 높아졌으며, 기존 양자 시스템 대비 실용적 확장성이 뛰어난 것이 특징이다.

혁신의 핵심, 토포컨덕터 기반 마요라나 입자 구현

마이크로소프트 연구진은 양자 연산의 핵심이 되는 새로운 물질인 토포컨덕터를 개발했다. 이는 반도체 소재인 인듐비소(InSb)와 초전도체인 알루미늄(Al)을 원자 단위에서 정밀하게 결합해 제작한 혁신적인 재료 스택으로, 극저온에서도 토폴로지 초전도성을 유지하는 특성을 갖는다.

특히, 이 물질은 마요라나 입자(Majorana particle)를 생성하고 제어할 수 있어, 초소형·초고속·고안정 큐비트 구현이 가능하다는 점에서 양자 컴퓨팅 발전에 있어 중요한 의미를 가진다.

네이처 게재…양자 정보 보호 기술 검증

마이크로소프트 연구진의 이번 연구 결과는 세계적 과학 저널 네이처(Nature)에 동료 평가를 거쳐 게재됐다. 논문에서는 토폴로지 큐비트의 독특한 양자 특성과 이를 정밀하게 측정하는 방법이 소개됐으며, 마요라나 입자가 무작위적 방해로부터 양자 정보를 보호하는 역할을 수행할 수 있음이 실험적으로 입증됐다고 밝혔다.

미 국방고등연구계획국(DARPA) 양자 프로젝트 선정

마이크로소프트는 미국 국방고등연구계획국(DARPA)의 산업 규모 양자 컴퓨팅 프로그램(US2QC, Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing) 최종 단계에 진출한 두 개 기업 중 하나로 선정됐다.

US2QC는 실용적이고 내결함성이 높은 양자 기술 개발을 목표로 하는 연구 프로젝트로, 마이크로소프트가 보유한 토폴로지 큐비트 기술이 실용화 가능성을 인정받았음을 의미한다.

양자 컴퓨팅, 산업과 연구에 미치는 영향

마이크로소프트는 양자 컴퓨터가 재료 과학, 의료 및 생명과학, 기후 변화 대응, 지속 가능한 에너지 연구 등 다양한 분야에서 변화를 가져올 것으로 전망하고 있다.

예를 들어, 금속 부식과 균열을 방지하는 신소재 개발, 미세 플라스틱을 무해한 물질로 분해하는 촉매 연구, 효소 반응을 정밀 분석해 새로운 치료제 및 친환경 농업 기술 개발이 가능해질 것으로 기대된다.

양자 슈퍼컴퓨터 로드맵 실현 가속

체탄 나약(Chetan Nayak) 마이크로소프트 퀀텀 하드웨어 부사장은 “마이크로소프트는 18개월 전 양자 슈퍼컴퓨터 로드맵을 발표했으며, 이번에 세계 최초로 토폴로지 큐비트를 공개하며 두 번째 이정표를 달성했다”고 밝혔다.

그는 “백만 큐비트 규모로 확장 가능한 양자 컴퓨터는 단순한 기술적 성취가 아니라, 전 세계가 직면한 복잡한 문제를 해결할 핵심 도구가 될 것”이라며, “자가 치유 소재, 지속 가능한 농업, 더 안전한 화학 물질 개발 등 다양한 혁신을 가능하게 할 것”이라고 강조했다.