AWS는 2020년 다양한 양자 컴퓨팅 하드웨어에 접근할 수 있는 클라우드 서비스 아마존 브라켓을 출시한 이래 양자 컴퓨팅 생태계 확장을 위해 지속적으로 투자해 왔다. AWS와 큐에라 컴퓨팅의 협력은 2019년부터 이어져 왔으며, 2022년에는 256큐비트 아날로그 리드베리 장치 '아킬라(Aquila)'를 공동으로 출시한 바 있다.

양자 컴퓨터는 큐비트(qubit)가 외부 환경의 미세한 변화에도 오류가 발생하기 쉬운 근본적인 한계가 있다. 현재의 잡음 중규모 양자(NISQ) 컴퓨터는 이러한 오류로 인해 상업적·과학적으로 실질적인 문제를 처리하는 데 제약이 따른다. 내결함성 양자 컴퓨팅은 오류 정정 기술을 기반으로 이 한계를 극복함으로써, 현존 컴퓨터로는 풀 수 없는 문제를 양자 컴퓨터가 실제로 다룰 수 있게 하는 핵심 전환점으로 평가된다.

이번 협력 확대의 핵심은 메가큐오프(Megaquop) 규모의 양자 장치 리브라다. 리브라는 수백 개의 논리 큐비트(logical qubit)를 기반으로 100만 회 이상의 양자 연산을 수행할 수 있으며, 이는 과학적으로 실질적인 응용 분야를 가능하게 하는 데 필요한 임계 수준으로 평가된다. 리브라가 2028년 아마존 브라켓을 통해 클라우드로 제공되면, 전 세계 연구자와 기업이 별도의 양자 하드웨어 없이도 내결함성 양자 컴퓨팅에 접근할 수 있게 된다.

큐에라 컴퓨팅이 활용하는 리드베리 원자(Rydberg atom) 기반의 중성 원자 방식은 내결함성 양자 컴퓨팅 구현에 적합한 고유한 특성을 갖는다. 우선, 원자 자체의 물리적 특성에서 비롯되는 자연적인 확장성을 지니며, 광학 트위저(optical tweezer)를 이용해 결맞음(coherence)을 유지한 채 큐비트를 동적으로 재배치하고 재구성할 수 있다. 아울러 큐비트 간 유효 전방향(all-to-all) 연결성을 제공해 내결함성 양자 알고리즘을 보다 효율적으로 구현할 수 있다.

AWS는 리드베리 원자 방식 외에도, 자사 양자 컴퓨팅 센터(AWS Center for Quantum Computing)에서 초전도 방식의 고양이 큐비트(cat qubit) 기반 칩 오셀롯(Ocelot)을 독자적으로 개발하고 있다. AWS는 두 방식이 서로 다른 강점과 특성을 지닌 상호 보완적 접근법이라고 보고 있으며, 다중 방식(multi-modality) 전략을 통해 내결함성 양자 컴퓨팅 실현을 위한 여러 경로를 동시에 추구하고 있다.

큐에라 컴퓨팅 최고과학책임자(Chief Science Officer) 미하일 루킨(Mikhail Lukin) 교수는 "지금은 매우 특별한 순간이다. 처음으로 유용하고 내결함성을 갖춘 양자 컴퓨터를 실현하겠다는 꿈이 우리의 눈앞에 와 있다"며, "전례 없는 규모의 양자 연산이 가능하도록 설계된 이 시스템은 진정으로 차별화된 응용 분야를 실현할 것이며, AWS와의 협력을 크게 확대해 이 고유한 역량을 더 넓은 과학 사용자 커뮤니티에 제공하게 된 것을 자랑스럽게 생각한다"고 말했다.

리브라로 가능해질 응용 분야로는 복잡한 분자 구조를 다루는 양자 화학, 입자 간 상호작용 모델링이 필요한 고에너지 물리학, 신소재 특성 예측 및 최적화가 핵심인 소재 시뮬레이션 등이 거론된다. 이들은 모두 현존 컴퓨터로는 충분한 정확도로 풀기 어렵거나 해결이 불가능한 영역으로, 내결함성 양자 컴퓨팅이 실현될 경우 과학적·산업적으로 중요한 돌파구가 될 것으로 기대된다.

아마존 브라켓은 현재 키스킷(Qiskit), 페니레인(PennyLane), 블로케이드(Bloqade), 쿠다-큐(CUDA-Q) 등 주요 양자 컴퓨팅 프레임워크를 지원하고 있어 다양한 연구 환경과의 연동이 가능하다. 기존 아마존 브라켓 이용자는 리브라 도입 후 익숙한 개발 환경에서 내결함성 양자 컴퓨팅에 바로 접근할 수 있다. 리브라는 2028년 아마존 브라켓을 통해 제공될 예정이다.

AWS, 큐에라 컴퓨팅과 전략적 협력 확대해 내결함성 양자 컴퓨터 클라우드 제공 추진