Microsoft의 위상 큐비트(Topological Qubit) 관련 FAQ

• 글 작성자 Scott Aaronson : 계산 복잡도 이론 및 양자 컴퓨팅 분야에서 저명한 컴퓨터 과학자로 저서 "스콧 애론슨의 양자 컴퓨팅 강의"가 있음

Q1. Microsoft의 발표를 봤나요?

A. 네, 봤음. 너무 많이 물어보지 않아도 됨! Microsoft의 Chetan Nayak이 몇 주 전 개인 브리핑을 해줬으며, BBC World Business Report와 MIT Technology Review에서도 이에 대해 의견을 밝힌 바 있음.

Q2. 위상학적 큐비트란?

A. 비가환 애니온(Nonabelian anyons) 을 이용해 만든 특수한 큐비트임.

• 애니온은 2차원 매질에서 존재할 수 있는 입자적 들뜸(excitation)으로, 페르미온도 아니고 보손도 아님.
• 1990년대 후반 Alexei Kitaev, Michael Freedman 등이 이론적으로 연구하기 시작함.
• 하지만 일반적인 큐비트보다 만들고 제어하기가 훨씬 어려움.

Q3. 왜 위상학적 큐비트가 중요한가?

A. 위상학적 큐비트는 디코히런스(Quantum Decoherence)에 더 강한 내성을 가질 가능성이 있음.

• 일반적인 큐비트는 오류가 발생하면 소프트웨어적으로 보정(Quantum Error Correction)해야 함.
• 위상학적 큐비트는 오류가 물리적으로 발생하기 어려운 구조를 가지고 있음.
• 즉, 비가환 애니온의 꼬임(braiding)이 변경되지 않는 한 오류가 생기지 않음.
• 하드웨어 차원에서 오류에 강하기 때문에 소프트웨어적 보정 부담이 줄어듦.

Q4. Microsoft가 최초로 위상학적 큐비트를 만들었나?

A. Microsoft는 그렇게 주장함.

• 하지만 Nature 저널의 리뷰 자료에서 중요한 문구가 발견됨:

  "이 논문의 결과는 보고된 장치에서 Majorana zero mode의 존재를 증명하는 것은 아님."

• 즉, Microsoft는 위상학적 큐비트를 만들었다고 주장하지만, Nature의 동료 검토(peer review)에서는 아직 인정되지 않음.

Q5. Microsoft는 2018년에 Majorana zero mode를 실험적으로 만들었다고 주장했지만 철회하지 않았나?

A. 맞음.

• 이 때문에 이번 발표에 대해 일부 전문가들은 여전히 신중한 태도를 보임.
• 내가 Chetan Nayak에게 신뢰도를 물어봤을 때, 그는 "지금 우리는 완전히 작동하는 위상학적 큐비트를 갖고 있다. 더 이상 무엇을 원하는가?" 라고 대답했음.

Q6. 이 발표가 중요한 과학적 성과인가?

A. 만약 주장대로라면, 위상학적 양자 컴퓨팅 및 물리학 분야의 중대한 이정표가 될 것임.

• 지금까지 실험에서 다룬 위상학적 큐비트의 개수는 0개에서 1개로 증가함.
• 새로운 물질 상태(a new state of matter) 를 만들었다고 볼 수도 있음.
• 하지만 자연에서 발견되지 않는 상태이며, 오직 Nature 저널에만 존재한다는 점이 아이러니.

Q7. 이게 실제로 유용한가?

A. 아직은 아님!

• 1개의 큐비트 또는 30개의 큐비트로 유용한 계산을 할 수 있다고 주장하는 사람은 신뢰하지 말 것.
• Microsoft도 이런 주장은 하지 않음.
• 양자 컴퓨터가 미래에 실제로 어디에 유용할 것인지에 대한 논의는 이 블로그의 지난 20년 치 아카이브를 참고하면 됨.

Q8. 이번 발표가 위상학적 큐비트가 양자 컴퓨팅의 미래라는 것을 증명하는가?

A. 아직 증명되지 않음.

• 만약 Microsoft의 주장이 맞다면, 위상학적 큐비트는 20~30년 전의 일반 큐비트 수준에 도달한 것임.
• Google, IBM, Quantinuum, QuEra 등은 이미 수십~수백 개의 얽힌 큐비트를 실험적으로 다루고 있음.
• 위상학적 큐비트가 성공하려면, 기존 방식보다 훨씬 더 신뢰성이 높아야 함.
• 트랜지스터가 진공관을 대체한 것처럼 기존 방식보다 압도적인 장점을 가져야 함, 하지만 아직 그 여부는 불확실함.

Q9. Microsoft 외에 위상학적 큐비트 연구를 하는 기업이 있나?

A. 거의 없음.

• Microsoft가 사실상 유일한 주요 기업.
• Nokia Bell Labs와 네덜란드 델프트 대학도 연구 중이지만 규모는 작음.
• 그래도 위상학적 접근법을 끝까지 밀어붙이는 기업이 있다는 점은 흥미로움.

Q10. Microsoft가 몇 년 안에 백만 개의 위상학적 큐비트를 만들 수 있을까?

A. PR과 대중 과학 기사에서는 가능할지도?

• 하지만 현실적으로 "몇 년 안에"는 지나치게 낙관적.
• Microsoft와 경쟁업체들에게 행운을 빌며, 앞으로 흥미로운 시기가 될 것.
• 물론, 그 전에 우리가 여전히 문명 사회를 유지할 수 있어야겠지만...