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인텔, 양자 제어 SoC '호스 리지' 논문 발표
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인텔, 양자 제어 SoC '호스 리지' 논문 발표
  • 김주연 기자
  • 승인 2020.02.19 15:50
  • 댓글 0
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인텔 호스 리지(Horse Ridge)./인텔
인텔 호스 리지(Horse Ridge)./인텔

인텔 랩(Intel Labs)은 큐텍(QuTech)과 공동 개발한 업계 최초 양자 극저온 제어 시스템온칩(SoC) '호스 리지(Horse Ridge)'의 주요 기술적 특징을 소개하는 연구 논문을 미국 샌프란시스코에서 개최된 '국제고체회로학회(ISSCC)'에서 발표했다고 19일 밝혔다.

이 논문에서는 양자 실용성(확장성·유연성·정확성)을 입증하기 위해 강력한 양자 시스템 구축시 당면하는 근본적인 과제를 해결할 호스 리지의 핵심 기술력이 담겼다. 큐텍은 네덜란드 델프트 공과대학교(TU Delft)와 네덜란드 응용과학연구기구(TNO)가 협업해 설립한 양자컴퓨팅 연구센터다.

양자 실용성에 있어서 양자 연구 커뮤니티는 아직 시작 단계다. 양자 컴퓨터가 현실 문제를 해결할 수 있으려면 수 천개의 양자(큐비트)를 동시에 제어하면서도 확장성과 정확성을 갖춰야한다. 이를 위해 기존에는 수백개의 전선과 랙(Rack)을 활용, 상용화에는 무리가 있었다.

호스 리지는 이같은 복잡한 전자 제어 장치를 단순화한다. 고도로 통합된 SoC로 설치 시간을 단축하고 양자 성능을 높이며 큐비트를 효율적으로 확장할 수 있다.

호스 리지는 인텔의 22㎚ 핀펫 로파워(FEL) 공정에서 생산됐다. 네 개의 무선 주파수(RF) 채널을 내장하고 있고, 각 채널은 주파수 멀티플렉싱을 기반으로 최대 32개의 큐비트를 제어할 수 있다. 칩 하나당 총 128개의 큐비트를 제어할 수 있는 셈이다. 주파수 멀티플렉싱은 사용 가능한 총 대역폭을 중첩하지 않는 주파수 대역으로 나눠 개별적으로 신호를 전달하는 기술이다.

큐비트 단위가 증가하면 양자 시스템의 용량과 운영에 부하가 생기면서 큐비트의 정확성과 성능이 떨어지는 문제가 생긴다. 호스 리지를 개발하면서 인텔은 서로 다른 주파수로 많은 큐비트를 제어할 때 각 큐비트 간 간섭을 초래하는 '위상 변이'를 막기 위해 멀티플렉싱 기술을 최적화했다. 

호스 리지는 다양한 주파수를 높은 정밀도로 조정할 수 있다. 같은 RF 회선으로 복수의 큐비트를 제어할 때 양자 시스템의 위상 변이 적응과 자동 수정이 가능해 큐비트 게이트 정확성을 향상한다.

또 ‘트랜스몬스(transmons)’로 알려진 초전도 큐비트와 스핀 큐비트를 모두 제어할 수 있다. 트랜스몬스는 일반적으로 6~7㎓의 주파수 대역에서 작동하며 스핀 큐비트는 약 13~20㎓에서 작동한다.

인텔은 현재 1 켈빈(Kelvin) 온도에서 작동할 수 있는 실리콘 스핀 큐비트 칩을 연구하고 있다. 하나의 간소화된 패키지 내에 큐비트와 제어기능을 갖춘 솔루션을 만들기 위해 스핀 큐비트 칩과 호스 리지의 극저온 제어 장치를 통합하는 내용이다.

짐 클라크(Jim Clarke) 인텔 랩 양자 하드웨어 총괄은 “지금까지는 제어가 복잡하고 서로 연결된 메커니즘에 둘러싸인 작은 맞춤형 시스템에서 적은 수의 큐비트로 연구를 해왔다”며,“인텔의 호스 리지는 이러한 복잡성을 엄청나게 줄일 수 있다. 양자 실용성에 필요한 수천 큐비트까지 확장하며 체계적으로 연구, 미래에 상업용으로 구현 가능한 양자 컴퓨팅을 실현하도록 꾸준히 전진하고 있다”고 말했다.


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