마이크로소프트가 전 세계 최초로 토포컨덕터(Topological Conductor) 기반 양자 프로세서인 ‘마요라나 1(Majorana 1)’을 공개하며 양자 컴퓨팅 상용화에 새로운 이정표를 세웠다. 최근 산업 전반에서 양자 컴퓨터 기술이 가져올 혁신에 대한 기대가 커지면서 관련 연구가 빠르게 진전되고 있다. 이에 마이크로소프트는 마요라나 1을 통해 수십 년이 아닌 수년 내에 다양한 산업 및 사회 문제 해결에 기여할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
| ▲ 마요라나 1(Majorana 1) 양자 프로세서 | ||
마요라나 1은 손바닥 크기의 프로세서로, 마이크로소프트의 독자적인 토폴로지 코어(Topological Core) 아키텍처를 기반으로 설계됐다. 단일 프로세서에 100만 개 이상의 큐비트(Qubit)를 집적할 수 있는 확장성을 갖췄으며, 하드웨어 수준의 내결함성(fault-tolerant) 구조로 오류 저항성이 높아 안정적인 양자 연산이 가능하다. 또한 디지털 방식의 큐비트 제어로 신뢰성을 더욱 강화했다.
이 혁신의 핵심은 마이크로소프트가 개발한 새로운 물질 ‘토포컨덕터’에 있다. 이는 반도체인 인듐비소와 초전도체인 알루미늄을 원자 단위에서 정밀하게 결합해 제작한 재료 스택으로, 극저온에서도 토폴로지 초전도성을 유지한다. 특히 고체·액체·기체와는 다른 독특한 토폴로지 상태(Topological state)를 형성하며, 새로운 양자 입자인 마요라나 입자(Majorana particle)를 관찰하고 제어할 수 있다. 이를 통해 초소형·초고속·고안정 큐비트 생성이 가능해 양자 컴퓨터의 성능을 획기적으로 끌어올릴 수 있다.
이번 연구 성과는 세계적 과학 저널인 네이처(Nature)에 동료 평가를 거쳐 게재됐다. 논문에서는 토폴로지 큐비트의 독특한 양자 특성과 이를 정밀하게 측정하는 방법이 소개됐다. 특히 토포컨덕터가 무작위적 방해로부터 양자 정보를 효과적으로 보호하며, 마이크로파 측정을 통해 신뢰성 있는 정보 판독이 가능하다는 점이 강조됐다.
마이크로소프트는 미국 국방고등연구계획국(DARPA)의 산업 규모 양자 컴퓨팅 프로젝트인 미개척 시스템(US2QC, Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing) 프로그램의 최종 단계에 진출한 두 기업 중 하나로 선정됐다. US2QC는 실용적이고 내결함성이 높은 양자 기술 개발을 목표로 하는 DARPA의 양자 벤치마킹 이니셔티브(Quantum Benchmarking Initiative) 일부다.
체탄 나약(Chetan Nayak) 마이크로소프트 퀀텀 하드웨어 부사장은 “마이크로소프트는 18개월 전 양자 슈퍼컴퓨터 로드맵을 제시했으며 이번에 세계 최초로 토폴로지 큐비트를 공개하며 두 번째 이정표를 달성했다”고 밝혔다. 그는 “백만 큐비트 규모로 확장 가능한 양자 컴퓨터는 단순한 기술적 성취를 넘어 전 세계가 직면한 가장 복잡한 문제 해결의 열쇠”라며 “자가 치유 소재, 지속 가능한 농업, 더 안전한 화학 물질 개발 등 다양한 분야에서 혁신을 이끌 것”이라고 강조했다.
양자 컴퓨터는 재료 과학, 의료 및 생명 과학, 기후 변화 대응, 지속 가능한 에너지 연구 등에서의 응용 가능성이 주목받고 있다. 예를 들어, 금속 부식 원인 분석을 통한 자가 치유 신소재 개발, 미세 플라스틱 분해 촉매 탐색, 효소 작용 분석을 통한 효과적인 치료제와 친환경 농업 기술 개발에 활용될 수 있다.
한편, 마이크로소프트는 클라우드 기반 양자 컴퓨팅 서비스 플랫폼인 애저 퀀텀(Azure Quantum)을 통해 기업과 연구기관이 과학적 연구를 발전시킬 수 있도록 지원하고 있다.