인텔, 업계 최초 극저온 양자 컴퓨팅 제어 칩 '호스리지' 공개
인텔, 업계 최초 극저온 양자 컴퓨팅 제어 칩 '호스리지' 공개
  • 정한영 기자
  • 승인 2020.02.19 10:42
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호스리지(Horse Ridge)는 양자 시스템을 작동할 때 필요한 현재의 복잡한 전자 제어 장치를 단순화, 고도로 통합된 단일칩(SoC)은 설치 시간을 단축하고, 큐비트 성능 향상과 더 많은 큐비트로 효율적으로 확장할 수 있다.
 극저온 양자 컴퓨팅 제어 칩(사진:인텔)

인텔 랩(Intel Labs)은 큐텍(QuTech)과 공동 개발한 업계 최초 양자 극저온 제어 칩인 호스리지(Horse Ridge)의 주요 기술적 특징을 소개하는 연구 논문을 현지시간 16 일부터 20 일까지 열리는 미국 샌프란시스코에서 개최된 국제고체회로학회(ISSCC)에서 발표했다.

논문에서는 양자 실용성(확장성, 유연성, 정확성)을 입증하기위해 강력한 양자 시스템 구축시에 당면하는 근본적인 과제를 해결할 호스 리지의 핵심 기술력을 공개했다. 큐텍은 네덜란드 델프트 공과대학교(TU Delft)와 네덜란드 응용과학연구기구(TNO)가 협업해 설립한 양자컴퓨팅 연구센터다.

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 연구함으로써, 미래에 상업용으로 구현 가능한 양자 컴퓨팅을 실현하도록 꾸준히 전진하고 있다”고 말했다.

양자 실용성에 있어서 양자 연구 커뮤니티는 아직 시작 단계에 머물러 있다. 양자 컴퓨터가 현실 문제를 해결할 수 있을지 여부는 수천 큐비트를 동시에 제어하는 높은 수준의 확장성과 정확성에 달려있다. 호스 리지는 양자 시스템을 작동할 때 필요한 현재의 복잡한 전자 제어 장치를 단순화한다. 고도로 통합된 단일칩(SoC)은 설치 시간을 단축하고, 큐비트 성능을 향상하며, 실용적이고 현실적인 과제를 해결하기 위해 필요한 더 많은 큐비트로 효율적으로 확장할 수 있다.

행사이미지
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연구 논문에 포함된 주요 기술로는 ▶확장성(Scalability): 인텔의 22 나노미터 FEL(FinFET Low Power) CMOS 기술로 구현된 통합 SoC는 네 개의 무선 주파수 (radiofrequency, RF) 채널을 단일 장치에 통합했다. 각 채널은 ‘주파수 멀티플렉싱’을 통해 최대 32개의 큐비트를 제어할 수 있다. 주파수 멀티플렉싱은 사용 가능한 총 대역폭을 일련의 비중첩 주파수 대역으로 나눠 개별 신호를 전달하는 기술이다.

호스 리지는 네 개의 채널을 이용해 단일 장치만으로 최대 128 큐피트까지 제어할 수 있을 것으로 보이며, 이전에 필요했던 케이블과 랙(rack) 장비의 수를 훨씬 줄일 수 있다.

▶정확성(Fidelity): 큐비트 단위가 증가하면 양자 시스템의 용량과 운영에서 문제가 발생할 수 있다. 이러한 잠재적 문제 중 하나로 큐비트 정확성과 성능의 하락을 꼽을 수 있다. 호스 리지를 개발하면서 인텔은 ‘위상 변이(Phase Shift)’에 의한 시스템 오류를 줄이고 시스템을 확장할 수 있도록 멀티플렉싱 기술을 최적화했다. 위상 변이는 서로 다른 주파수로 많은 큐비트를 제어할 때 발생할 수 있는 현상으로 큐비트 간의 간섭을 초래한다.

호스 리지가 다루는 다양한 주파수는 높은 정밀도로 조정할 수 있다. 이는 동일한 무선 주파수 회선으로 복수의 큐비트를 제어할 때 양자 시스템의 위상 변이 적응과 자동 수정이 가능해 큐비트 게이트 정확성을 향상한다.

▶유연성(Flexibility): 호스 리지는 광범위한 주파수 대역을 처리할 수 있기 때문에 ‘트랜스몬스(transmons)’로 알려진 초전도 큐비트와 스핀 큐비트를 모두 제어할 수 있다. 초전도 큐비트(Transmons)는 일반적으로 6~7GHz의 주파수 대역에서 작동하며 스핀 큐비트는 약 13~20GHz에서 작동한다.

인텔은 1 켈빈(Kelvin) 온도에서 작동할 수 있는 실리콘 스핀 큐비트 칩을 연구하고 있다. 해당 연구는 하나의 간소화된 패키지 내에 큐비트와 제어기능을 갖춘 솔루션을 만들기 위해 스핀 큐비트 칩과 호스 리지의 극저온 제어 장치의 통합을 시도하고 있다.

한편 연구 논문 제목은 '퀀텀 컴퓨터를 위한 22nm FinFET 기술의 4 × 32 주파수 멀티플렉싱 스핀 큐비트 / 트랜스 몬을 위한 확장 가능한 Cryo-CMOS 2-to-20GHz 디지털 인텐시브 컨트롤러(A Scalable Cryo-CMOS 2-to-20GHz Digitally Intensive Controller for 4×32 Frequency Multiplexed Spin Qubits/Transmons in 22nm FinFET Technology for Quantum Computers)'이다.


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