양자 컴퓨팅의 최대 난제를 해결하는 AI: Izhar Medalsy 인터뷰

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핵심 요약

양자 하드웨어 자체의 개선만큼이나 고전적 AI 시스템을 통한 노이즈 모델링과 최적화가 중요하며, 이를 통해 기존 하드웨어에서도 획기적인 정확도 향상이 가능함을 입증했습니다.

배경

양자 컴퓨팅은 수십 년간 상용화가 머지않았다는 기대를 받아왔으나, 하드웨어의 노이즈와 불안정성이라는 거대한 벽에 부딪혀 있습니다.

대상 독자

양자 컴퓨팅과 AI의 융합 기술, 에러 정정 알고리즘에 관심 있는 연구자 및 기술 전략가

의미 / 영향

양자 컴퓨팅의 상용화는 순수 하드웨어의 발전보다 AI를 통한 오류 보정 기술에 의해 가속화될 것으로 보인다. 기업들은 양자 하드웨어 도입에 앞서 고전 컴퓨팅과 결합된 하이브리드 최적화 역량을 확보하는 것이 필수적이다. 특히 암호 해독과 복잡한 시뮬레이션 분야에서 AI 기반 양자 알고리즘의 실질적 활용 시점이 앞당겨질 전망이다.

섹션별 상세

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99% 정확도 돌파: 양자 컴퓨팅의 전환점

Izhar는 IBM 하드웨어에서 Shor's Algorithm의 정확도를 기존 80%에서 99%로 향상시킨 성과를 공유했다. 이는 하드웨어의 물리적 구조를 변경하는 대신, AI 기반의 노이즈 모델링을 통해 양자 회로를 최적화함으로써 달성되었다. 실제 실험 데이터에 따르면, 특정 노이즈 패턴을 사전에 예측하고 이를 상쇄하는 제어 신호를 생성하는 방식이 유효했다. 결과적으로 하드웨어의 한계를 소프트웨어 계층에서 극복할 수 있음을 입증한 사례이다.

•Shor's Algorithm 정확도를 IBM 하드웨어에서 80%에서 99%로 개선
•하드웨어 변경 없이 AI 최적화만으로 성능 향상 달성
•양자 컴퓨팅의 실질적 유용성을 확보하기 위한 소프트웨어 계층의 중요성 확인

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하드웨어만으로는 부족한 이유와 디지털 트윈의 도입

양자 하드웨어는 외부 환경의 미세한 간섭에도 큐비트 상태가 붕괴되는 취약성을 가지고 있다. 이를 해결하기 위해 Quantum Elements는 실제 양자 시스템의 물리적 특성을 복제한 디지털 트윈을 구축했다. 디지털 트윈은 가상 환경에서 수많은 시뮬레이션을 수행하여 AI 학습에 필요한 대규모 데이터를 생성하는 역할을 한다. 이 과정을 통해 실제 하드웨어 가동 시간을 최소화하면서도 최적의 제어 파라미터를 찾아낼 수 있다.

•양자 하드웨어의 노이즈 문제를 해결하기 위한 가상 복제본인 디지털 트윈 활용
•AI 학습을 위한 대규모 시뮬레이션 데이터 생성 프로세스 구축
•실제 하드웨어 리소스 소모를 줄이면서 최적화 속도 가속화

디지털 트윈은 물리적 자산의 가상 복제본으로, 양자 컴퓨팅에서는 하드웨어의 노이즈 환경을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다.

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노이즈와 불안정성: 양자 컴퓨팅의 최대 병목

양자 시스템의 노이즈는 열 변화나 전자기적 간섭 등 예측하기 어려운 변수들로 인해 발생한다. Izhar는 이러한 노이즈가 단순한 오류를 넘어 시스템의 확장성을 가로막는 근본적인 원인이라고 지적했다. AI는 이러한 복잡한 노이즈 패턴을 학습하여 특정 연산 시점에서 발생할 오류 가능성을 확률적으로 계산한다. 이를 통해 에러 정정 코드를 더 효율적으로 배치하고 논리적 큐비트의 안정성을 높이는 것이 핵심이다.

•환경적 요인에 의한 양자 노이즈가 시스템 확장성의 주요 장애물임
•AI를 활용한 확률적 노이즈 패턴 예측 및 모델링 수행
•에러 정정 코드 배치 최적화를 통한 논리적 큐비트 안정성 확보

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논리적 큐비트와 미래 타임라인

물리적 큐비트의 오류를 극복하기 위해 여러 개의 물리적 큐비트를 하나로 묶는 논리적 큐비트 개념이 필수적이다. Izhar는 현재 업계가 수천 개의 물리적 큐비트를 안정적인 수십 개의 논리적 큐비트로 전환하는 단계에 있다고 설명했다. 양자 컴퓨팅이 실질적으로 유용해지는 시점은 하드웨어의 양적 팽창보다 AI 기반의 오류 제어 기술이 얼마나 정교해지느냐에 달려 있다. 향후 5년 내에 특정 산업 분야에서 하이브리드 양자 시스템의 실질적 도입이 시작될 것으로 전망했다.

•물리적 큐비트의 한계를 넘기 위한 논리적 큐비트 구현의 필수성
•하드웨어 규모 확대보다 AI 기반 오류 제어의 정교함이 상용화의 관건
•향후 5년 내 하이브리드 양자 시스템의 산업적 활용 가능성 제시

주목할 인용

“We improved Shor’s Algorithm from 80% to 99% accuracy on IBM hardware, without changing the hardware itself.”
우리는 하드웨어를 전혀 변경하지 않고도 IBM 하드웨어에서 Shor's Algorithm의 정확도를 80%에서 99%로 향상시켰습니다.
Izhar Medalsy·00:00
AI 기반 최적화의 위력을 설명하며

“Quantum computing has been '5 years away' for decades.”
양자 컴퓨팅은 수십 년 동안이나 '5년 뒤면 가능하다'는 말을 들어왔습니다.
Izhar Medalsy·01:03
양자 컴퓨팅 상용화 지연의 역사와 현재의 변화를 언급하며

실무 Takeaway

양자 하드웨어의 물리적 한계를 극복하기 위해 AI 기반의 디지털 트윈을 구축하여 노이즈 모델링을 수행해야 한다.
Shor's Algorithm과 같은 복잡한 연산에서 정확도를 높이려면 하드웨어 튜닝보다 소프트웨어 계층에서의 제어 신호 최적화가 더 효율적이다.
실제 양자 하드웨어 가동 전 시뮬레이션 환경에서 대규모 데이터를 생성하여 AI를 학습시키는 프로세스가 개발 비용을 절감시킨다.