양자 컴퓨팅 분야의 성배로 여겨지던 '무조건적 지수적 양자 속도 향상'이 마침내 실현됐다. 서던캘리포니아대학교(USC)와 존스홉킨스대학교 연구진은 IBM의 127큐비트 이글(Eagle) 양자 프로세서 두 대를 이용해 사이먼 문제의 변형을 해결하는 데 성공했다. 사이먼 문제는 쇼어의 소인수분해 알고리즘의 전신으로 간주되는 수학적 과제다. 이번 연구 결과는 2025년 6월 5일, 국제 학술지 'Physical Review X'에 게재됐다.
USC 공대 비터비 석좌교수인 다니엘 리다르 교수는 “이번에 입증한 지수적 속도 향상은 최초로 무조건적(unconditional)이라는 점에서 성능 격차가 뒤집힐 수 없다”고 설명했다. 여기서 '무조건적'이란, 기존의 양자 우위 주장과 달리 고전 알고리즘에 대한 입증되지 않은 가정에 의존하지 않는다는 의미다.
연구팀은 이번 성과를 위해 동적 디커플링(dynamical decoupling), 측정 오류 보정(measurement error mitigation) 등 첨단 오류 완화 기법을 적용했다. 이러한 방법들은 현재의 양자 하드웨어에서 불가피하게 발생하는 노이즈에도 불구하고 양자 결맞음(quantum coherence)을 유지하고 결과의 정확도를 높이는 데 기여했다.
지수적 속도 향상은 문제에 변수가 하나 추가될 때마다 양자와 고전적 접근법 간의 성능 격차가 대략 두 배로 벌어진다는 것을 의미한다. 양자 프로세서의 품질과 규모가 계속 향상됨에 따라, 이 격차는 더욱 뚜렷해질 전망이다.
리다르 교수는 “이번 결과가 '추측 게임'을 이기는 것 외에 실질적 응용처가 있는 것은 아니지만, 특정 과제에서 양자 컴퓨터가 고전 컴퓨터를 확실히 능가할 수 있음을 입증했다”고 강조했다. 이번 성과는 양자 컴퓨팅의 이론적 가능성을 실증함으로써, 암호학부터 소재 과학에 이르기까지 그간 이론에 머물던 실질적 응용의 길을 열었다는 평가다.
IBM의 127큐비트 이글 프로세서는 2021년 처음 공개된 이후 양자 하드웨어 발전의 중요한 이정표로 꼽힌다. 100큐비트 장벽을 처음으로 돌파한 이 프로세서는, 고전 컴퓨터로는 더 이상 신뢰할 수 없을 정도로 복잡한 양자 상태 영역에 진입했다.