MS, 양자 프로세서 '마요라나 2' 공개…AI 설계로 큐비트 수명 대폭 연장

양자 컴퓨터 상용화의 가장 큰 걸림돌은 큐비트의 취약성이다. 주변 온도가 미세하게 변하거나 약간의 전자기적 노이즈만 유입되어도 양자 상태는 순식간에 깨져버린다.

마이크로소프트는 이 문제를 해결하기 위해 차세대 확장형 양자 프로세서 '마요라나 2(Majorana 2)'를 공개했다. 이전 세대인 마요라나 1에 비해 토폴로지 큐비트의 신뢰성을 1,000배 이상 끌어올린 것이 핵심이다.

수명 변화는 더욱 두드러진다. 마요라나 1의 큐비트 수명이 1~12밀리초에 불과했던 반면, 마요라나 2에서는 평균 수명이 20초로 급증했고 일부 측정에서는 1분을 넘기기도 했다.

납 소재와 AI 설계로 노이즈 차단

큐비트 수명을 획기적으로 늘린 비결은 소재 스택의 전면적인 교체에 있다.

연구팀은 기존 알루미늄 대신 복합 양자 우물 위에 납을 올리는 새로운 적층 구조를 적용했다. 이를 통해 더 넓은 토폴로지 갭을 형성하여 외부 환경 노이즈로부터 큐비트를 훨씬 효과적으로 차단할 수 있게 되었다.

주목할 점은 이 새로운 하이브리드 소재 스택을 AI의 도움을 받아 설계했다는 사실이다. 물리학적 난제를 풀었던 마요라나 1 이후, 제조 공정상의 엔지니어링 문제를 단 1년 만에 해결하는 데 AI가 중요한 역할을 했다.

DARPA US2QC 최종 진출과 2029년 로드맵 단축

이번 성과는 미국 국방고등연구계획국(DARPA)의 엄격한 검증을 통과하며 공신력을 확보했다. DARPA의 실용 규모 양자 컴퓨팅(US2QC) 프로그램에서 마이크로소프트는 최종 단계에 진출한 단 두 개 기업 중 하나로 선정됐다.

로스앨러모스, 오크리지, 로렌스 버클리 등 주요 국립연구소 전문가들이 하드웨어와 아키텍처를 면밀히 검증한 끝에 최종 계약이 체결됐다. 마이크로소프트는 수십 년이 아닌 수년 내에 토폴로지 큐비트 기반의 내결함성 프로토타입을 구축할 계획이다.

제조 기술이 빠르게 안착함에 따라 마이크로소프트는 양자 컴퓨터 개발 로드맵 일정을 절반으로 단축했다. 새로운 목표 시점은 2029년으로, 이때까지 완전한 내결함성 양자 컴퓨터를 구현하겠다는 구상이다.

왜 중요한가

토폴로지 양자 컴퓨팅은 오류 정정에 필요한 물리 큐비트 수를 획기적으로 줄일 수 있어 가장 이상적인 경로로 꼽혀왔지만, 기술적 난도가 워낙 높아 오랫동안 이론적 가능성에 머물러 있었다.

수명이 밀리초 단위에서 20초대로 급증하고 신뢰성이 1,000배 개선되었다는 것은 토폴로지 방식이 기초 물리 연구를 넘어 실제 반도체 제조 및 엔지니어링 단계로 진입했음을 보여준다.

또한 AI가 양자 하드웨어 소재 설계를 돕고, 그렇게 발전한 양자 컴퓨터가 다시 미래 컴퓨팅을 가속하는 기술적 선순환 고리가 확인된 점도 흥미롭다.

다만 개별 큐비트의 안정성 확보와 수천 개 이상의 큐비트를 칩 위에서 오차 없이 제어하는 대규모 양산 사이에는 여전히 극복해야 할 난제가 많다. 당장 기업이나 일반 개발자가 상용 시스템을 쓸 수 있는 단계는 아니지만, 2029년이라는 구체적 시점이 제시되면서 양자 패권 경쟁의 판도가 크게 흔들릴 것으로 보인다.