마이크로소프트(MS)가 20일 세계 최초로 토포컨덕터(Topological Conductor) 기반 양자 프로세서인 '마요라나 1(Majorana 1)'을 공개했다. MS는 이번 발표를 통해 양자 컴퓨터가 수년 내에 산업 및 사회적 문제 해결에 중요한 역할을 할 것으로 전망했다.
'마요라나 1'은 손바닥 크기의 양자 프로세서로, MS가 개발한 토폴로지 코어(Topological Core) 아키텍처를 기반으로 설계됐다. 양자 컴퓨터의 연산 단위인 큐비트(Qubit)를 단일 프로세서에 100만 개 이상 집적할 수 있는 확장성을 갖췄으며, 하드웨어 차원의 내결함성 구조를 통해 더욱 안정적인 연산을 지원한다. 또한 디지털 방식으로 큐비트를 제어할 수 있어 신뢰성이 향상됐다.
MS 연구진은 반도체 인듐비소(InSb)와 초전도체 알루미늄(Al)을 원자 단위에서 정밀하게 결합해 토포컨덕터라는 새로운 재료 스택을 제작했다. 토포컨덕터는 극저온 환경에서도 토폴로지 초전도성을 유지하며, 기존 물질과는 다른 특성을 지닌 토폴로지 상태(Topological state)를 형성한다. 특히 이 물질은 마요라나 입자(Majorana particle)를 관찰하고 제어하는 데 활용되며, 이를 통해 초소형·초고속·고안정 큐비트를 생성할 수 있는 혁신적인 가능성을 제시한다.
MS 연구진의 이번 연구 결과는 세계적 과학 저널 네이처(Nature)에 동료 평가를 거쳐 게재됐다. 논문에서는 토폴로지 큐비트의 독특한 양자 특성을 구현하는 방법과 이를 정밀하게 측정하는 기술이 상세히 소개됐다. 연구진은 토포컨덕터가 외부 방해 요소로부터 양자 정보를 효과적으로 보호할 수 있으며, 마이크로파 측정을 통해 높은 신뢰도로 데이터를 판독할 수 있다고 밝혔다.
MS는 미국 국방고등연구계획국(DARPA)의 산업 규모 양자 컴퓨팅을 위한 미개척 시스템(US2QC) 프로그램 최종 단계에 진출한 두 개 기업 중 하나로 선정됐다. US2QC는 내결함성 양자 기술 개발을 목표로 하는 연구 프로젝트로, 실용적이며 확장 가능한 양자 컴퓨터 개발을 지원하고 있다.
MS는 양자 컴퓨터가 다양한 산업 및 연구 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대하고 있다. 특히 재료 과학, 의료 및 생명과학, 기후 변화 대응, 지속 가능한 에너지 연구 등에서 양자 컴퓨터의 역할이 더욱 중요해질 것으로 전망된다.
예를 들어, 양자 컴퓨터는 금속 부식과 균열 원인을 분석해 이를 복구할 수 있는 신소재를 개발하거나, 미세 플라스틱을 무해한 물질로 분해하는 촉매를 찾는 데 활용될 수 있다. 또한 효소 작용을 정밀하게 분석해 효과적인 치료제 개발 및 친환경 농업 기술 발전에도 기여할 것으로 기대된다.
체탄 나약(Chetan Nayak) MS 퀀텀 하드웨어 부사장은 "MS는 18개월 전 양자 슈퍼컴퓨터 개발 로드맵을 제시했으며, 이번에는 세계 최초로 토폴로지 큐비트를 공개하며 두 번째 이정표를 달성했다"고 말했다. 이어 "백만 큐비트 규모로 확장 가능한 양자 컴퓨터는 단순한 기술적 성취가 아니라, 전 세계가 직면한 복잡한 문제를 해결할 수 있는 열쇠"라며 "이 기술이 실현되면 자가 치유 소재, 지속 가능한 농업, 더 안전한 화학 물질 개발 등 다양한 혁신이 가능해질 것"이라고 강조했다.
한편, MS는 클라우드 기반 양자 컴퓨팅 서비스 플랫폼인 애저 퀀텀(Azure Quantum)을 통해 기업과 연구기관이 과학적 연구를 발전시킬 수 있도록 지원하고 있다.
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