Universal Quantum, 제어 회로를 내장한 파운드리 제조 이온 트랩 칩 iQPU 공개

Universal Quantum의 iQPU는 400 mm² 이온 트랩 표면, 통합 제어 ASIC, UQConnect 링크를 200 mm 라인에서 제조한다. DLR이 가장 먼저 받는다.

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Universal Quantum이 이온 트랩, 제어 전자장치, 칩 간 연결을 하나의 모듈에 통합한 양자 처리 장치 iQPU를 출시했다. 영국에 본사를 두고 함부르크에도 거점을 둔 이 회사는 11월 3일 칩을 발표하며, 독일항공우주센터(DLR)를 위해 구축 중인 두 시스템에 이 칩이 탑재된다고 밝혔다.

발표 내용

iQPU의 활성 연산 면적은 400 mm²가 넘으며, Universal Quantum은 이를 가장 큰 포획 이온 연산 표면이라고 설명한다. 이 칩은 QCCD(quantum charge-coupled device) 설계를 사용한다. 이온을 칩 위의 구역 사이로 이동시키기 때문에 어떤 큐비트든 한 위치에 고정되지 않고 다른 어떤 큐비트 옆으로도 옮길 수 있다. 회사는 이런 장거리 연결성이 상업적 문제에 필요한 큐비트 수를 줄이고 계산 속도를 높인다고 말한다.

두 가지 특징이 더 확장성을 겨냥한다. 첫째, 맞춤형 제어 ASIC을 적층 구조에 통합해 스위칭과 제어를 칩 위에서 직접 처리한다. 큐비트가 늘어날수록 케이블과 신호선이 늘어나는 "배선 문제"를 해결하려는 것이다. 둘째, 각 iQPU에는 회사의 모듈 간 링크인 UQConnect용 인터페이스가 있다. UQConnect를 통해 이온이 한 모듈에서 이웃 모듈로 바로 이동하므로, 칩을 다시 설계하지 않고도 여러 칩을 하나의 더 큰 컴퓨터처럼 작동시킬 수 있다.

기술 세부 사항

제품 페이지에는 다음과 같은 수치와 설계 선택이 제시돼 있다.

적층 구조: 이온 트랩, 라우팅 층, 통합 자기장 제어 층, 실리콘 관통 전극(TSV), ASIC 층. TSV 덕분에 칩의 모든 가장자리를 이웃 모듈과의 연결에 쓸 수 있다.
마이크로켈빈 온도가 아닌 약 70 K에서 작동하며, 개별 조준된 다수의 레이저가 아니라 전역 마이크로파 장으로 큐비트 게이트를 구동한다.
회사에 따르면 2큐비트 충실도 99.9%를 가능하게 하는 설계.
UQConnect 성능은 초당 2,424회 큐비트 전송, 연결 충실도 99.999993%.
업계 표준 장비와 수정된 공정 설계 키트(PDK)를 사용해 상용 200 mm 파운드리 라인에서 제조.

회사는 이 수치를 설계 및 부품 데이터로 제시한다. 회사 자체 로드맵에서 고객에게 iQPU 시스템을 인도하는 것과 타일 형태의 다중 모듈 조립은 아직 향후 단계로 남아 있다.

왜 중요한가

포획 이온은 고품질 큐비트로 잘 알려져 있지만, 이를 이용한 시스템은 크기뿐 아니라 필요한 레이저, 배선, 냉각의 양 측면에서도 확장이 어려웠다. Universal Quantum은 칩 위에 제어 기능을 갖추고 파운드리에서 제조되는 반복 가능한 단위라면 기존 반도체 부품처럼 시험하고 타일처럼 이어 붙일 수 있다는 데 승부를 걸었다. 엔지니어링 부문 부사장 Mike Newman은 "큐비트를 하나씩 늘려 가며 복잡성을 더하는 방식으로는 확장 가능한 양자컴퓨터를 조립할 수 없다"고 말했다.

주목할 점

DLR이 iQPU를 받는 첫 고객이 된다. DLR은 함부르크의 Quantum Computing Initiative를 위해 Toccata와 Legato 두 대를 제작할 업체로 Universal Quantum을 선정했으며, 계약 규모는 6,700만 유로다. 이번 출시는 10월 DCVC와 Firgun Ventures가 공동 주도한 1억 달러 이상의 시리즈 A에 이은 것이다. 진짜 시험대는 인도된 하드웨어에서 측정된 충실도와 실제로 작동하는 다중 모듈 시스템이 될 것이다.