양자컴퓨터 개발을 위해서는 하드웨어뿐만 아니라 새로운 개념의 컴퓨터를 위한 소프트웨어 지원도 중요하다. 기존의 0과 1로 계산하는 컴퓨터와 다른 방식으로 계산을 진행하기 때문에 전혀 다른 프레임워크가 필요하다.
블레이크 존슨 IBM 양자 플랫폼(Quantum Platform) 리드는 최근 EE 타임즈와의 인터뷰에서 "양자컴퓨팅의 힘은 양자회로(quantum circuits)에서 나온다"며 양자 회로 설계를 위한 소프트웨어 기술이 중요하다고 말했다.
IBM은 이런 양자회로를 위한 설계, 즉 소프트웨어 기반을 다져 폭넓은 활용이 필요하다고 말한다. 이를 위해 IBM은 오픈소스 기반의 양자 소프트웨어 프레임워크 '퀴스킷(Qiskit)' 을 제공했다.
14일(현지시간) EE타임스는 "IBM은 최신 오픈소스 소프트웨어 개발 키트인 퀴스킷을 가지고 양자 기술의 복잡성이 더이상 사용자들에게 문제가 되지 않는 프로그래밍 환경을 조성하는 것을 목표로 하고 있다"고 보도했다.
◆ 양자 기술 일부 성공, 앞으로 소프트웨어 기반 필요해
EE타임스는 블레이크 존슨 리드의 말을 인용하며 최근 양자 기술은 일부 성공을 보이고 있으며 앞으로 소프트웨어 기반을 다져 폭넓은 활용이 필요하다고 전했다.
퀴스킷 프로젝트는 양자 회로와 알고리즘을 사용하기 위한 오픈 소스 프레임워크다. 이 소프트웨어 인터페이스는 개발자들이 파이썬(Python) 스크립트를 사용해 양자 알고리즘을 프로그래밍할 수 있게 해준다. 또 다양한 양자 컴퓨터 간의 상호작용에 대한 요청을 그룹화할 수 있다.
다양한 분야의 개발자들이 양자컴퓨팅 기술을 경험할 수 있는 IBM 퀀텀 익스피리언스(Quantum Experience)의 목표는 OpenQASM을 통해 시작된 프로그래밍이 부가가치를 제공하는 것이다.
존슨은 "우리는 연구원들에게 실제 하드웨어의 노이즈를 이해하고 오류 완화를 통해 더 나은 게이트를 설계할 수 있는 가능성을 제공했다"며 "최근에 퀴스킷 최적화 모듈을 출시해 마찰없는 양자 경험을 향한 여정을 시작했다"고 설명했다.
그는 "소프트웨어 개발 측면에서 커널 툴과 알고리즘 개발자를 만드는 것은 더 나은 게이트나 더 나은 회로를 구축하는 고품질 시스템을 만드는 과정의 일부"라고 덧붙였다.
IBM의 목표는 단지 양자컴퓨터를 만드는 것이 아니라, 사람들이 양자컴퓨터를 통해 애플리케이션을 구축하는데 유용한 도구를 함께 제공하겠다는 것.
소프트웨어 개발자들은 이제 반도체와 관련된 물리학이나 하드웨어적인 기술에 대해서 따로 공부를 하지 않아도 유용한 작업을 충분히 할 수 있다. 인공지능(AI) 개발에서도 마찬가지다. AI 개발자는 C언어를 몰라도 파이썬이나 파이토치를 통해 훌륭한 AI 모델을 만들어 낸다.
EE타임스는 개발자들이 몇 줄의 코드로 애플리케이션이나 웹사이트를 구축할 수 있을 정도로 클래식 컴퓨팅 소프트웨어를 최적화하는 데 50년 이상이 걸렸다고 지적했다. 양자컴퓨팅은 앞으로 2~3년 안에 비슷한 과정을 거쳐야 한다는 것.
기존 컴퓨팅은 0과 1로 작동한다. 양자 컴퓨팅은 1, 0 또는 둘 모두를 동시에 나타낼 수 있는 큐비트(Qubit)로 작동한다.
이런 중첩된 상황인 큐비트 제어가 양자컴퓨팅에서는 가장 어려운 도전 과제 중 하나다. 불과 몇 년 전만 해도 서로 다른 양자 시스템의 운영과 네트워킹을 안정적으로 관리할 수 없었다.
양자회로는 고전적인 프로세서와 비슷하게 구성됐다. 하나의 게이트에서 다른 게이트로, 또는 시간의 흐름과 게이트로 큐비트의 전송을 나타낼 수 있다. 논리 게이트는 단일 큐비트 또는 다중 시스템을 포함할 수 있다.
문제는 미세한 외부 교란으로도 기기 작동이 방해되는 경우가 있어 양자 체계를 안정적으로 유지하기 어렵다는 점이다. 많은 연구자들이 이 오류를 줄이고 복수 큐비트 시스템을 제어하기 위한 프로토콜을 개발하고 있는 상황이다.
오늘날에는 과학자들의 노력으로 제어 가능한 큐비트 수를 늘릴 수 있었다. 이런 최근의 발전은 양자컴퓨터를 운용할 수 있는 계기를 만들었다.
◆ "클래식-양자 워크로드 지원 위한 SW 시스템 아키텍처 최적화 목표"
이에 IBM은 양자 컴퓨터의 기초가 되는 양자이론이나 양자역학 전문가가 아닌 사람이라도 퀴스킷으로 그 기능을 매우 간단하게 사용할 수 있다고 말한다.
퀴스킷이 양자 개발 커뮤니티를 확대하고, 기업은 자원을 활용해 기업의 필요를 충족시킬 수 있게 된다는 것. 또 웹 플랫폼은 개발자들이 그들의 최적화 문제를 모델링할 수 있는 방법을 설명하는 튜토리얼도 제공한다.
퀴스킷의 다음 과제는 근본적으로 다른 도메인에 도달하기 위한 새로운 응용 프로그램 모듈의 개발에 관한 것이다.
존슨은 "이번 작업을 통해 여러 애플리케이션 공간에서 사용되는 알고리즘에 대한 솔루션 방법을 가속화할 수 있을 뿐 아니라 다른 모델에도 일종의 촉매제가 될 것"이라고 말했다.
그는 "또다른 혁신은 클래식-퀀텀 워크로드를 더 잘 지원할 수 있도록 소프트웨어 시스템의 아키텍처 최적화를 통해 단순한 회로가 아닌 프로그램을 수용할 수 있게 하는 것"이라며 "프로그램이 양자 자원을 상호작용하고 효율적으로 사용할 수 있는 방법도 포함된다"고 덧붙였다.
EE타임스는 "앞으로 몇 년 안에 100큐빗 이상의 양자컴퓨터가 오늘날의 고전적인 슈퍼컴퓨터의 능력을 초과하는 작업을 수행할 수 있게 되겠지만, 양자 아키텍처의 노이즈는 성능을 제한할 것"이라고 지적했다.
이를 위해 큐비트 품질을 유지하며, 프로그래밍을 '편리하게' 만들기 위해 하드웨어와 소프트웨어 측면 모두에서 새로운 솔루션을 제안하는 것이 중요하다.
AI타임스 양대규 기자 yangdae@aitimes.com
