구글의 Willow 양자칩, 하드웨어에서 검증 가능한 양자 우위를 시연함

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"양자 컴퓨팅의 실제 응용으로 나아가는 큰 걸음, Google의 ‘Quantum Echoes’ 알고리듬"
Quantum Echoes 알고리듬은 Google의 Willow 양자 칩에서 동작하며, 세계 최초로 검증 가능한(Verifiable) 양자 우위를 실현한 사례로 발표됨
이 알고리듬은 분자 구조를 계산하고, 자연계의 시스템을 시뮬레이션할 수 있으며, 기존 초고속 슈퍼컴퓨터보다 13,000배 빠른 성능을 보여줌
Quantum Echoes는 양자 신호의 ‘에코’를 되돌려 측정하는 방식으로, 미세한 간섭을 증폭해 극도로 정밀한 계산을 가능하게 함
UC Berkeley와 협력한 실험에서는 분자의 기하 구조를 정확히 예측하며, 기존 NMR 방식으로는 알 수 없던 분자 간 거리 정보도 포착함
이번 성과는 약물 개발·소재 과학·핵융합 연구 등 실제 산업 분야로 양자 컴퓨팅이 진입하는 중요한 전환점으로 평가됨

Quantum Echoes 알고리듬의 등장과 의의

Google은 이번 연구를 통해 양자 컴퓨터가 초고속 슈퍼컴퓨터를 능가하면서도 결과를 검증할 수 있음을 입증함
- 이는 단순히 “양자 우위(Quantum Supremacy)”가 아니라, 반복 실험으로 동일한 결과를 재현할 수 있는 ‘검증 가능한’ 계산을 의미함
Willow 칩에서 구현된 OTOC(Out-of-Time-Order Correlator) 알고리듬은 신호를 전진시킨 뒤 한 큐빗을 교란하고, 다시 역방향으로 되돌려 ‘에코’를 측정하는 방식임
- 양자 간섭(constructive interference) 효과로 신호가 증폭되어 미세한 변화까지 감지 가능함
Willow 칩은 105개의 큐빗 배열을 사용하며, 낮은 오류율과 빠른 연산 속도를 통해 이 정밀한 측정을 실현함

Willow는 Google이 2024년에 발표한 최신 양자 칩으로, 오류 억제 기술을 크게 향상시켜 약 30년간의 난제를 해결한 플랫폼임
이전의 Random Circuit Sampling 벤치마크에서 Willow는 양자 상태 복잡성을 극대화하며 우수한 성능을 입증했음
Quantum Echoes는 단순 복잡도 실험이 아닌, 물리적 실험을 모델링하는 새로운 형태의 계산으로, 정밀성과 복잡성을 모두 검증해야 하는 도전적 테스트임

Google과 UC Berkeley는 공동으로 양자 기반 분자 기하 구조 계산 실험을 수행함
- 15개 및 28개 원자로 이루어진 두 분자를 대상으로 Quantum Echoes 알고리듬을 적용
- 기존 NMR(핵자기 공명) 결과와 일치하면서도, 기존 기법으로는 관측 불가능했던 분자 간 거리 정보를 새롭게 도출함
이를 통해 Quantum Echoes가 ‘분자 자(rule)’처럼 구조를 측정할 수 있는 새 도구가 될 가능성이 입증됨
- 특히 약물의 결합 구조나 배터리 소재, 고분자 등 신소재 분석에 활용될 잠재력이 큼

이번 성과는 양자 컴퓨터가 의약, 생명과학, 재료 연구 등 실제 산업 문제 해결에 접근할 수 있는 첫 신호로 평가됨
Quantum Echoes는 양자 기계가 자연의 상호작용을 정밀하게 모델링할 수 있음을 보여주는 실증적 사례
- 예: 약물 후보가 단백질과 결합하는 구조 분석, 새로운 전도성 물질의 분자 배열 파악 등
Google은 현재 ‘Milestone 3’, 즉 오랜 수명을 가진 논리적 큐빗(logical qubit) 구현을 향해 나아가고 있음
- 이는 향후 완전한 오류 정정 양자 컴퓨터 개발로 이어질 핵심 단계임

Quantum Echoes는 양자 계산의 정확성·재현성·응용성 세 요소를 동시에 입증한 첫 연구로 기록됨
Google은 이번 연구를 통해 “양자 망원경(quantum-scope)”이라는 개념을 제시하며, 관측 불가능했던 자연 현상을 탐구하는 새로운 도구의 가능성을 제시함
이러한 진전은 양자 기술이 실험실 단계를 넘어 산업적 응용 단계로 진입했음을 알리는 전환점으로 평가됨