BlueQubit, IBM 클라우드 Nighthawk r2 칩에서 무작위 회로 샘플링 우위 주장
BlueQubit의 프리프린트는 IBM ibm_phoenix 프로세서의 61개 큐비트에서 무작위 회로 샘플링을 19초 만에 수행했으며, Frontier 슈퍼컴퓨터로는 약 110년이 걸릴 것으로 추정했다.
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BlueQubit 연구진은 EPFL 및 XPRIZE Foundation 소속 공동 저자들과 함께, 클라우드 접근 권한만 있으면 누구나 쓸 수 있는 상용 IBM 프로세서에서 무작위 회로 샘플링의 양자 계산 우위를 보고했다. 프리프린트에 따르면 2세대 Nighthawk r2 아키텍처 기반의 120큐비트 IBM ibm_phoenix 칩에서 진행한 61큐비트 실험은 19초 만에 샘플 집합을 생성했으며, 이를 Frontier 슈퍼컴퓨터로 재현하려면 110년이 걸릴 것으로 추정된다.
발표 내용
논문 Quantum computational advantage in random-circuit sampling on IBM superconducting quantum computers는 arXiv에 공개됐으며 10월 28일 Quantum Computing Report가 보도했다. 저자들은 회로가 벤치마크 전용 보정 없이 표준 Qiskit 클라우드 워크플로로 컴파일·실행됐다고 강조했다. 저자들이 아는 한, 비전문가 사용자 대부분이 반복할 수 있는 상용·범용 프로세서에서 이런 시연이 이뤄진 것은 처음이라고 썼다. 회로, 스크립트, 100만 개 샘플 전체는 GitHub에 공개됐다.
기술적 세부 사항
무작위 회로 샘플링은 무작위 게이트 층을 실행한 뒤 비트열을 읽어 낸다. 관건은 고전 컴퓨터가 비슷한 품질의 샘플을 만들어 낼 수 있느냐다. 연구팀은 최신 보정 데이터를 바탕으로 정사각 격자 칩에서 큐비트 61개와 커플러 102개를 골랐고, 네이티브 CZ 게이트를 4색 벽돌 패턴으로 적용했다.
충실도는 미러 벤치마킹과 패치 교차 엔트로피 벤치마킹(XEB)이라는 두 가지 독립적인 방법으로 추정했으며, 두 방법은 모든 깊이에서 일치했다. CZ 게이트 918개가 포함된 36사이클 기준 깊이에서 추정 충실도는 약 2.3 × 10⁻³였다. 이 깊이는 이 규모의 계에서 텐서 네트워크 시뮬레이션 비용이 더 이상 깊이에 따라 늘지 않는 지점이다. 저자들의 비용 모델에 따르면 100만 개 비트열을 고전적으로 생성하려면 약 1.2 × 10²⁷회의 기계 연산, 즉 Frontier에서 대략 110년이 필요하다. 실험 전체에 쓰인 프로세서 시간은 약 11분이었다.
논문은 IBM 칩 세대 간 발전도 측정했다. 사이클당 충실도는 1세대 Nighthawk r1 장치(ibm_miami)의 0.836에서 r2의 0.872로 높아졌으며, 깊은 회로에서는 한 자릿수 이상의 차이가 된다. 저자들은 회로를 여러 조각으로 나눠 XEB 점수를 위조하려는 '절단' 공격도 시험했는데, 36사이클에서 실험 점수에 도달한 것은 없었고 가장 강력한 공격도 약 10배 모자랐다.
왜 중요한가
실험이 일반 클라우드 접근으로 이뤄졌고 회로, 데이터, 코드가 모두 공개돼 있어, 다른 사용자도 주장을 그대로 믿는 대신 재현을 시도할 수 있다. 이번 연구는 또한 IBM 초전도 하드웨어가 두 칩 세대 사이에 얼마나 개선됐는지를 구체적으로 보여 준다.
주목할 점
저자들은 주장의 한계를 신중하게 밝혔다. 고전 측 추정은 무제한 메모리와 단일 진폭 축약을 가정하며, 근사 기법, 다중 진폭 기법, 슬라이싱, 행렬곱 상태가 고전 비용을 낮출 수 있다고 지적했다. 실제로 이전의 우위 실험에서도 그런 일이 있었다. 이번 연구는 프리프린트이므로 다음 시험대는 동료 심사와 고전 시뮬레이션 그룹들의 격차 축소 시도다.
출처
이 페이지의 사실 정보는 아래 출처를 바탕으로 DesignQuantum이 수집했습니다.
- Quantum computational advantage in random-circuit sampling on IBM superconducting quantum computers (arXiv preprint) arxiv.org
- rcs-nighthawk: circuits, data and code (GitHub) github.com
- BlueQubit Benchmarks Quantum Computational Advantage in Random-Circuit Sampling on IBM Nighthawk r2 Hardware (Quantum Computing Report) quantumcomputingreport.com