과학자들은 양자 컴퓨터가 틀렸는지 판별하는 방법을 발견했습니다.

새로운 검증 방법은 양자 컴퓨터의 숨겨진 결함을 드러내고 오류 없는 양자 기술의 실현을 앞당깁니다. 출처: Shutterstock

양자 컴퓨팅은 기존 컴퓨터로는 해결할 수 없는 문제를 해결할 수 있는 미래 기술로 묘사되는 경우가 많습니다. 연구자들은 이러한 기계가 발전함에 따라 물리학, 의학 연구, 암호학을 비롯한 여러 분야에서 획기적인 발전이 있을 것으로 기대합니다.

최초의 신뢰할 수 있는 대규모 상업용 양자 컴퓨터를 개발하기 위한 경쟁이 치열해짐에 따라, 한 가지 중요한 문제는 더욱 간과하기 어려워졌습니다. 만약 이러한 장치들이 기존 기계로는 불가능하다고 여겨졌던 문제에 대한 해답을 제공한다면, 그 결과가 정확하다고 누가 확신할 수 있겠습니까?

스윈번 대학의 최근 연구는 이런 딜레마를 해결하고자 시작되었습니다.

양자 답변을 확인하기 어려운 이유

"세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터라도 답을 얻기 위해 수백만 년, 심지어 수십억 년을 기다릴 의향이 없다면 해결할 수 없는 문제들이 많이 있습니다." 스윈번 양자 과학 및 기술 이론 센터의 박사후 연구원이자 이 논문의 주저자인 알렉산더 델리오스 박사의 말입니다.

"따라서 양자 컴퓨터의 타당성을 검증하기 위해서는 슈퍼컴퓨터가 동일한 작업을 수행할 때까지 수년을 기다리지 않고도 이론과 결과를 비교할 수 있는 방법이 필요합니다."

연구팀은 가우시안 보손 샘플러(GBS)라는 특정 유형의 양자 장치가 정확한 결과를 생성하는지 확인하는 새로운 기술을 개발했습니다. GBS 장치는 빛의 기본 입자인 광자를 이용하여 가장 빠른 고전 슈퍼컴퓨터로도 수천 년이 걸리는 확률 계산을 수행합니다.

새로운 도구로 고급 양자 실험의 숨겨진 오류 밝혀내다

"개발된 방법을 사용하면 노트북에서 단 몇 분 만에 GBS 실험이 올바른 답을 출력하는지, 그리고 오류가 있는지 확인할 수 있습니다."

연구진은 자신들의 접근 방식을 입증하기 위해 최근 발표된 GBS 실험에 이 방법을 적용했습니다. 이 실험은 현재의 슈퍼컴퓨터를 사용하여 재현하는 데 최소 9,000년이 걸릴 것으로 예상됩니다. 분석 결과, 결과적인 확률 분포가 의도한 목표와 일치하지 않았으며, 이전에 평가되지 않았던 추가적인 잡음이 실험에 존재함을 보여주었습니다.

다음 단계는 예상치 못한 분포를 재현하는 것 자체가 계산적으로 어려운지, 아니면 관찰된 오류로 인해 장치가 '양자성'을 잃었는지 여부를 판단하는 것입니다.

신뢰할 수 있는 상용 양자 머신을 향한 진전

이번 조사 결과는 상업적으로 사용하기에 적합한 대규모의 오류 없는 양자 컴퓨터 개발에 영향을 미칠 수 있으며, 델리오스는 이러한 목표를 이끄는 데 도움을 주고 싶어합니다.

"대규모의 오류 없는 양자 컴퓨터를 개발하는 것은 엄청난 과제입니다. 만약 이 과제가 달성된다면 약물 개발, AI, 사이버 보안 등의 분야에 혁명을 일으키고 물리적 우주에 대한 우리의 이해를 더욱 심화시킬 것입니다.

"이 작업의 중요한 구성 요소는 양자 컴퓨터를 검증하는 확장 가능한 방법입니다. 이를 통해 이러한 시스템에 영향을 미치는 오류가 무엇인지, 그리고 이를 수정하는 방법에 대한 이해를 높이고 '양자성'을 유지하도록 할 수 있습니다."

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/11/251130205506.htm