양자 오류 완화 2025–2030: 양자 컴퓨팅의 미래를 형성하는 돌파구

23 5월 2025
댓글 없음
News, 기술 혁신, 미래 전망, 양자 컴퓨팅

2025년 양자 오류 완화 연구: 확장 가능한 양자 컴퓨팅의 잠금을 해제할 혁신적인 솔루션. 다음 양자 혁신 시대를 이끄는 기술, 시장 역학 및 전략적 로드맵을 탐구하십시오.

요약: 2025년 양자 오류 완화의 현황

양자 오류 완화(QEM)는 양자 컴퓨팅 분야에서 중요한 연구 초점으로 떠오르고 있으며, 특히 산업이 노이즈가 있는 중간 규모 양자(NISQ) 장치의 한계에 도달하고 있습니다. 2025년에는 이 분야가 이론적 프레임워크와 실제 구현의 빠른 발전으로 특징지어지고 있으며, 이는 불완전한 양자 하드웨어에서 유용한 계산 결과를 추출해야 한다는 긴급한 필요에서 촉발됩니다. 전량 양자 오류 수정과는 달리, 전량 양자 오류 수정을 위해서는 자원이 많이 소모되고 현재 장치에서는 대체로 실현 불가능하지만, QEM 기술은 금전적인 부담 없이 계산의 정확도를 향상시키기 위한 단기적인 경로를 제공합니다.

주요 양자 하드웨어 공급업체인 IBM, Rigetti Computing, Quantinuum는 QEM을 연구 및 제품 로드맵의 중심 요소로 삼았습니다. IBM은 제로 노이즈 외삽법, 확률적 오류 취소와 같은 오류 완화 프로토콜을 Qiskit 런타임에 통합하여 사용자가 초전도 큐비트 시스템에서 더 높은 정확도를 달성할 수 있도록 지원하고 있습니다. Rigetti Computing는 모듈형 양자 프로세서에 맞춤화된 확장 가능한 노이즈 특성화 및 완화 전략에 집중하고 있으며, Quantinuum는 갇힌 이온 기술을 활용하여 하드웨어 효율적인 오류 완화 방안을 탐구하고 있습니다.

협력적인 연구 노력도 강화되었습니다. 2024년과 2025년 동안, 여러 산업-학술 파트너십이 오픈 소스 툴킷과 벤치마크 연구를 만들어 QEM 기술의 플랫폼 전반에서 채택을 가속화하고 있습니다. 예를 들어, IBM 양자 네트워크는 오류 완화에 대한 기관 간 연구를 촉진하는 등 하드웨어 불문 소프트웨어 프레임워크가 개발되고 있어 QEM 작업 흐름의 표준화에 기여하고 있습니다.

2024-2025년의 실험적 데이터는 QEM이 화학, 최적화 및 기계 학습을 위한 양자 알고리즘의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있음을 보여줍니다. 이는 오류율이 내결함성 계산의 임계값을 초과하는 장치에서도 마찬가지입니다. IBM과 Quantinuum이 발표한 벤치마크에 따르면, 오류 완화는 알고리즘 및 하드웨어 구성에 따라 계산 오류를 2배에서 5배까지 줄일 수 있습니다.

앞으로 QEM 연구의 전망은 밝습니다. 향후 몇 년간 QEM의 양자 소프트웨어 스택 통합이 더욱 진전될 것으로 예상되며, 더 자동화되고 적응적인 완화 프로토콜이 등장하고, 이러한 기술이 더 크고 복잡한 양자 회로에 확장될 것입니다. 양자 하드웨어가 확장되고 다양화됨에 따라, QEM은 현재 장치 기능과 실용적 양자 이점 요구 사항 간의 간극을 메우기 위해 여전히 필수적일 것입니다.

양자 오류 완화(QEM) 연구는 완전한 내결함성 양자 컴퓨터가 몇 년 후에나 등장할 것이라는 점을 감안할 때 단기 양자 컴퓨팅을 위한 중요한 촉진제로 부상하고 있습니다. QEM 솔루션에 대한 시장은 더 넓은 양자 컴퓨팅 섹터와 밀접하게 연결되어 있으며, 2030년까지 활발한 성장이 예상됩니다. 2025년 현재, 양자 컴퓨팅 시장은 공공 및 민간 부문 모두로부터의 상당한 투자로 특징지어지며, QEM 연구는 노이즈가 있는 중간 규모 양자(NISQ) 장치에서 실용적인 양자 이점을 열 수 있는 가능성으로 인해 점점 더 많은 주목을 받고 있습니다.

주요 양자 하드웨어 제공업체인 IBM, Rigetti Computing, Quantinuum는 모두 오류 완화 기술에 초점을 맞춘 연구 이니셔티브 및 협업을 발표했습니다. 예를 들어, IBM은 Qiskit 소프트웨어 스택에 QEM 프로토콜을 통합하여 사용자가 실제 양자 하드웨어에서 오류 완화를 실험할 수 있도록 하고 있습니다. 마찬가지로, Rigetti Computing와 Quantinuum은 연구를 적극적으로 발표하고 클라우드 플랫폼을 통해 QEM 도구에 대한 접근을 제공하고 있습니다.

투자 동향은 QEM 연구에 대한 벤처 자본과 정부 자금 배분이 증가하고 있음을 나타냅니다. 2024년과 2025년 동안, 미국, 유럽 연합 및 아시아의 여러 국가 양자 이니셔티브에서 오류 완화 및 관련 소프트웨어 개발을 위해 특별히 자금을 할당했습니다. 이는 QEM에 초점을 맞춘 스타트업 및 학술 파생 기업의 수가 증가하고, 컨소시엄 및 공공-민간 파트너십의 형성과 함께 나타납니다. 예를 들어, IBM은 QEM을 우선 연구 분야로 포함한 양자 경제 개발 컨소시엄(QED-C)의 창립 멤버입니다.

2025-2030년 시장 예측에 따르면 QEM 솔루션은 양자 소프트웨어 도구 체인의 표준 구성 요소가 될 것이며, NISQ 시대 장치에서 유용한 결과를 추출해야 할 필요성에 의해 수요가 촉진될 것입니다. 양자 하드웨어가 확장됨에 따라, 고급 오류 완화에 대한 수요가 증가할 것으로 예상되며, 2030년까지 더 넓은 양자 소프트웨어 시장 내에서 수억 달러 규모의 시장을 지원할 것입니다. 또한, IBM 및 Quantinuum와 같은 주요 제공업체의 양자 컴퓨팅 서비스 상용화가 예상되면서 전망이 한층 강화되었습니다. 이들 모두 QEM을 클라우드 제공에 통합하고 있습니다.

  • 2025년: QEM 연구는 주요 양자 하드웨어 및 소프트웨어 회사의 주요 초점입니다.
  • 2025-2030년: 시장 성장은 상용 양자 플랫폼에 QEM 통합 및 자금 지원 증가에 의해 촉진됩니다.
  • 2030년까지: QEM은 성숙하고 필수적인 기술이 될 것으로 예상되며, 양자 소프트웨어 시장의 상당한 점유율을 차지할 것입니다.

양자 오류 완화의 주요 기술 및 방법론

양자 오류 완화(QEM)는 실제 양자 컴퓨팅을 실현하려는 노력에서 중요한 연구 초점으로 부상하고 있으며, 특히 산업이 노이즈가 있는 중간 규모 양자(NISQ) 시대를 헤쳐 나가고 있습니다. 전량 양자 오류 수정이 상당한 하드웨어 오버헤드를 요구하는 것과는 달리, QEM 기술은 광범위한 추가 큐비트 없이 양자 계산에서 오류의 영향을 줄이는 것에 목표를 두고 있습니다. 2025년 현재, QEM의 연구 및 개발은 가속화되고 있으며, 학계와 산업 참여자들이 새로운 방법론을 기여하고 초기 단계의 실용적 결과를 입증하고 있습니다.

주요 QEM 방법론에는 제로 노이즈 외삽법, 확률적 오류 취소 및 대칭 검증이 포함됩니다. 제로 노이즈 외삽법은 다양한 노이즈 수준에서 양자 회로를 실행하고 결과를 제로 노이즈 한계로 외삽하는 것입니다. 반면 확률적 오류 취소는 노이즈 모델에 대한 지식을 사용하여 오류를 통계적으로 반전하지만, 증가된 샘플링 오버헤드의 대가가 따릅니다. 대칭 검증은 양자 알고리즘의 보존량을 활용하여 잘못된 결과를 감지하고 폐기하는 방법입니다. 이러한 기술들은 주요 양자 하드웨어 제공업체 및 연구 기관에서 적극적으로 탐색되고 다듬어지고 있습니다.

2024년과 2025년 초에 IBM은 QEM 기술을 Qiskit 런타임 환경에 통합하는 데 있어 중요한 진전을 보고했습니다. 이를 통해 사용자는 자신의 양자 작업에 직접 오류 완화 프로토콜을 적용할 수 있습니다. Rigetti Computing와 IonQ도 QEM 연구에 투자하고 있으며, 두 회사 모두 각자의 초전도 및 갇힌 이온 플랫폼에 대한 오류 완화의 응용에 관한 결과를 발표하고 있습니다. Google은 Sycamore 프로세서에서 정의된 고급 오류 완화 전략을 입증하며, 하드웨어 개선에 따라 조정 가능한 확장 가능한 접근 방식을 중심으로 한 연구를 진행하고 있습니다.

2025년의 주목할 만한 추세는 기계 학습과 QEM의 통합입니다. 연구자들은 실시간으로 노이즈 특성을 학습하고, 동적으로 완화 전략을 최적화하는 적응형 알고리즘을 개발하고 있습니다. 이러한 접근 방식은 학술 그룹과 산업 연구소 간의 협력이 이루어지고 있으며, IBM과 주요 대학 간의 협력도 포함되어 있습니다.

앞으로 QEM 연구의 전망은 밝습니다. 양자 프로세서가 수백 개 또는 수천 개의 큐비트로 확장됨에 따라 오류 완화는 NISQ 장치에서 유용한 결과를 추출하는 데 필수적일 것입니다. IBM, Google, IonQ의 산업 로드맵은 모두 완전한 오류 수정을 위한 브리지 역할로 QEM에 대한 지속적인 투자를 강조하고 있습니다. 향후 몇 년간 QEM 프로토콜의 표준화, 양자 소프트웨어 스택 내에서의 더 깊은 통합 및 여러 하드웨어 플랫폼에서의 유효성을 정량화하기 위한 벤치마크 확대가 있을 것으로 예상됩니다.

선도적인 산업 플레이어 및 연구 기관

양자 오류 완화(QEM)는 양자 컴퓨팅 산업이 노이즈가 있는 중간 규모 양자(NISQ) 장치와 내결함성 양자 컴퓨터 간의 간극을 해소하기 위해 중요한 연구 초점으로 부상하고 있습니다. 2025년, 선도적인 산업 플레이어와 연구 기관은 하드웨어 한계에도 불구하고 실용적인 QEM 기술 개발을 목표로 그 노력을 강화하고 있습니다.

가장 저명한 기여자 중 하나는 IBM으로, 자사의 클라우드 접근 양자 시스템에 오류 완화 프로토콜을 통합했습니다. IBM의 Qiskit 런타임 환경은 이제 제로 노이즈 외삽법 및 확률적 오류 취소와 같은 고급 QEM 방법을 지원하여 사용자가 실제 하드웨어에서 더 높은 신뢰성의 결과를 달성할 수 있도록 합니다. 이 회사의 학술 파트너와의 지속적인 협력 및 오픈 소스 접근 방식은 이러한 기술의 채택 및 개선을 가속화해왔습니다.

Google는 또 다른 주요 플레이어로, Sycamore 프로세서를 활용하여 확장 가능한 오류 완화 전략을 탐구하고 있습니다. Google의 양자 AI 팀은 기계 학습 지원 오류 완화 및 무작위 컴파일링 사용을 입증한 결과를 발표했으며, 이들이 상관된 노이즈의 영향을 줄이는 데 유망한 성과를 보였습니다. 이들의 로드맵에는 양자 화학 및 최적화 작업에 QEM을 더 통합하는 것이 포함되어 있으며, 향후 몇 년 안에 실용적인 양자 이점을 입증하는 것이 목표입니다.

Rigetti Computing와 Quantinuum(Honeywell Quantum Solutions와 Cambridge Quantum의 합병으로 형성됨)도 최전선에서 활동하고 있습니다. Rigetti는 하이브리드 양자-고전적 워크플로우에 집중하고 있으며, 오류 완화를 Aspen 시리즈 프로세서 및 클라우드 플랫폼에 통합하고 있습니다. 반면 Quantinuum은 독자적인 오류 완화 라이브러리를 개발하고 산업 파트너와 협력하여 양자 기계 학습 및 암호화와 같은 실제 애플리케이션에서 이러한 방법을 벤치마크하고 있습니다.

연구 기관 측면에서는 국립 표준 기술 연구소(NIST)와 매사추세츠 공과대학교(MIT)가 선도적인 학술 노력을 이끌고 있습니다. NIST의 양자 정보 프로그램은 갇힌 이온 및 초전도 큐비트에 대한 무작위 벤치마킹 및 오류 완화 프로토콜을 선도하고 있습니다. MIT는 양자 공학 센터를 통해 오류 완화에 대한 이론적 프레임워크를 발전시키고 있으며, 이를 상업하드웨어에서 테스트하기 위해 산업과 협력하고 있습니다.

앞으로 몇 년간 QEM의 수명이 양자 소프트웨어 스택에 더 깊이 통합되고 하드웨어 플랫폼 전반에 걸쳐 광범위한 벤치마킹이 이루어지며, 산업과 학계 간의 협력이 증가할 것으로 예상됩니다. 양자 프로세서가 확장되고 다양화됨에 따라, 이러한 선도적인 플레이어와 기관의 역할은 오류 완화 연구를 실제 양자 컴퓨팅 혁신으로 전환하는 데 매우 중요할 것입니다.

하드웨어 대 소프트웨어 접근 방식: 비교 분석

양자 오류 완화(QEM)는 실용적인 양자 컴퓨팅을 추구하는 데 있어 중앙 도전 과제가 남아 있으며, 특히 2025년에 접어들면서 하드웨어 및 소프트웨어 접근 방식이 동시에 발전하고 있습니다. 이러한 전략들의 비교 분석은 각각의 역할, 한계 및 근접성을 이해하는 데 필수적입니다.

하드웨어 기반 오류 완화는 원천에서 오류율을 줄이기 위해 물리적 큐비트 및 제어 시스템을 개선하는 데 중점을 둡니다. IBM, Rigetti Computing, Quantinuum와 같은 주요 양자 하드웨어 개발업체들은 큐비트의 코히어런스 시간, 게이트 신뢰도, 크로스톡 억제를 향상하는 데 매우 중요한 발전을 이루었습니다. 예를 들어, IBM은 최신 장치에서 단일 및 2큐비트 게이트의 오류율이 1% 이하로 떨어지는 지속적인 개선을 보고했습니다. 마찬가지로, Rigetti Computing와 Quantinuum는 물리적 오류를 추가로 억제하기 위해 신소재, 칩 아키텍처 및 저온 제어 시스템에 투자하고 있습니다.

그러나 하드웨어 개선만으로는 단기적으로 내결함성 양자 계산을 달성하는 데 부족합니다. 이로 인해 알고리즘 또는 회로 수준에서 소음의 영향을 줄이는 소프트웨어 기반 오류 완화 기술이 빠르게 개발되고 있습니다. IBM 및 Quantinuum과 같은 회사들은 제로 노이즈 외삽법, 확률적 오류 취소 및 대칭 검증과 같은 방법을 연구하고 배포하고 있습니다. 이러한 기술은 전량 오류 수정을 아직 실현할 수 없는 노이즈가 있는 중간 규모 양자(NISQ) 장치에서 특히 유용합니다.

2025년의 비교 연구는 하드웨어 개선이 점진적이고 누적적인 이점을 제공하는 반면, 소프트웨어 기반 완화가 즉각적이고 응용 특정 이득을 제공할 수 있다는 것을 나타냅니다—비록 종종 회로 깊이나 고전적 후처리 오버헤드가 증가하는 비용을 감수해야 합니다. 하드웨어 및 소프트웨어 모두의 발전을 결합한 하이브리드 접근 방식이 가장 유망한 길로 떠오르고 있습니다. 예를 들어, IBM의 Qiskit 런타임은 실시간 오류 완화 프로토콜을 하드웨어 인식 최적화와 통합하여 벤치마크 양자 알고리즘에서 성능을 향상시키고 있습니다.

앞으로 QEM 연구의 전망은 수렴적일 것으로 기대되고 있습니다. 하드웨어 플랫폼이 계속 성숙해지고 소프트웨어 기술이 더 정교해짐에 따라, 이러한 접근 방식 간의 상호작용이 핵심이 될 것입니다. 산업 리더들은 하드웨어와 소프트웨어가 함께 개발되어 오류 복원력과 계산 유용성을 극대화하는 공동 설계 전략에 집중할 것으로 예상되며, 실용적인 양자 이점으로 가는 길을 가속화할 것입니다.

양자 하드웨어와의 통합: 협업 및 사례 연구

양자 오류 완화(QEM)는 양자 하드웨어가 성숙해짐에 따라 이론적 개념에서 실용적 필요성으로 신속하게 발전해 왔습니다. 2025년에는 QEM 기술과 양자 하드웨어의 통합이 학술 및 산업 연구의 주요 초점이 되고 있으며, 이는 노이즈가 있는 중간 규모 양자(NISQ) 장치에서 유용한 결과를 추출해야 할 필요성에 의해 촉발되었습니다. 이 섹션에서는 현재 상태와 가까운 미래의 QEM 통합 상황을 보여주는 주요 협업 및 사례 연구를 강조합니다.

가장 저명한 플레이어 중 하나인 IBM은 오류 완화 프로토콜을 양자 컴퓨팅 스택에 직접 통합하는 데 선도적입니다. 그들의 Qiskit 런타임 환경은 이제 사용자가 실제 하드웨어에서 제로 노이즈 외삽법, 확률적 오류 취소와 같은 고급 오류 완화 기법을 적용할 수 있게 해줍니다. 2025년, IBM은 127 큐비트 및 433 큐비트 시스템에서 이러한 방법을 벤치마크하기 위해 학술 파트너 및 기업 고객과 계속 협력하고 있으며, 화학 및 최적화 문제에 대한 알고리즘 정확도에서 상당한 개선점을 보고하고 있습니다.

마찬가지로, Rigetti Computing는 연구 기관과 협력하여 하드웨어 인식 오류 완화 전략을 공동 개발하고 있습니다. 그들의 Aspen 시리즈 양자 프로세서는 칩 수준에서 확장 가능한 오류 완화를 시험하기 위한 공동 프로젝트에 사용되고 있으며, 변분 양자 알고리즘에 중점을 두고 있습니다. 이러한 협력은 Rigetti의 Forest SDK와 원활하게 통합된 오픈 소스 도구의 출판으로 이어졌습니다.

유럽에서는 Quantinuum 이(가) 갇힌 이온 하드웨어를 활용하여 고신뢰도의 양자 회로에서 오류 완화를 탐구하고 있습니다. 그들의 연구팀은 제약 및 재료 과학 회사와 밀접하게 협력하여 양자 화학 계산의 신뢰성을 향상시키는 QEM의 실질적인 영향을 시연하고 있습니다.

또 다른 주목할 만한 사례는 D-Wave Systems로, 주로 양자 어닐링에 중점을 두고 있지만 하이브리드 양자-고전적 워크플로를 위한 오류 완화를 최초로 연구하고 있습니다. 이들의 제조 및 물류 파트너와의 협력은 실제 최적화 작업에서 QEM의 이점을 정량화하는 것이 목표로 하고 있으며, 2025년에 파일럿 연구가 진행 중입니다.

앞으로는 QEM이 양자 하드웨어 제어 시스템에 더 깊게 통합되는 것이 예상되며, 하드웨어 공급업체와 소프트웨어 개발자가 솔루션을 공동 설계할 것입니다. 산업 컨소시엄과 정부 자금 지원 프로그램은 QEM 벤치마크 및 프로토콜의 표준화를 촉진하기 위해 교차 부문 파트너십을 조성하여 실용적인 양자 이점으로 가는 길을 가속화하고 있습니다.

규제, 표준화 및 산업 이니셔티브

양자 오류 완화(QEM)는 다양한 양자 컴퓨팅 분야에서 중요한 분야로 급부상하고 있으며, 특히 산업이 노이즈가 있는 중간 규모 양자(NISQ) 장치 시대에 진입하고 있습니다. 2025년에는 오류가 발생하기 쉬운 양자 하드웨어의 도전에 대처하고 실용적인 양자 이점으로 가는 경로를 가속화하기 위해 규제, 표준화 및 산업 이니셔티브가 강화되고 있습니다.

규제전선에서 정부와 국제기구는 국가 양자 전략에 있어 QEM의 중요성을 인식하기 시작했습니다. 미국의 국립 표준 기술 연구소(NIST)는 양자 벤치마킹 및 오류 완화 프로토콜에 초점을 맞춘 작업 그룹을 시작하여 QEM 기술을 평가하고 비교하기 위한 레퍼런스 프레임워크를 설정하는 것을 목표로 하고 있습니다. 마찬가지로, 국제 표준화 기구(ISO)는 양자 컴퓨팅 성능 표준을 개발하기 위한 초기 노력을 시작했으며, 여기에는 오류 완화가 주요 지표로 포함됩니다.

산업 컨소시엄도 중요한 역할을 하고 있습니다. 주요 양자 하드웨어 및 소프트웨어 회사들로 구성된 양자 경제 개발 컨소시엄(QED-C)은 QEM에 대한 경쟁 전 연구 및 모범 사례를 조정하고 있습니다. IBM, Rigetti Computing, Infineon Technologies와 같은 회원들은 오픈 소스 툴킷 및 공동 벤치마크에 활발히 기여하고 있습니다. 2025년에는 이러한 기업들이 크로스 플랫폼 호환성과 투명한 성능 보고에 중점을 두고 새로운 QEM 라이브러리 및 프로토콜을 발표할 것으로 예상됩니다.

  • IBM은 고급 오류 완화 루틴을 통합한 Qiskit Runtime 및 Qiskit Ignis 모듈로 지속적으로 선도하고 있습니다. 이 회사는 또한 표준화 기구와 협력하여 오류 완화 측정 기준 및 보고 형식을 정의하고 있습니다.
  • Rigetti Computing는 펄스 수준 오류 완화를 발전시키고 있으며, 문화 실험과 공동 연구를 통해 자사의 Aspen 시리즈 양자 프로세서에서 새로운 기술을 검증하고 있습니다.
  • Infineon Technologies는 반도체 제조에 대한 전문성을 활용하여 하드웨어 수준의 오류 억제를 개발하고 있으며, 유럽의 표준화 노력에 참여하고 있습니다.

앞으로 몇 년 동안 QEM 표준이 공식화될 가능성이 있으며, 파일럿 인증 프로그램과 상호 운용성 테스트가 이루어질 것으로 예상됩니다. 표준화된 QEM 프로토콜의 산업 전반에 걸친 채택은 양자 플랫폼 간의 신뢰와 비교 가능성을 향상시켜 상업적 및 과학적 애플리케이션을 가속화할 것으로 기대됩니다. 양자 하드웨어가 확장됨에 따라 QEM에 대한 규제 및 산업 이니셔티브는 양자 분야의 신뢰성, 보안 및 글로벌 경쟁력을 보장하는 데 필수적일 것입니다.

과제, 한계 및 충족되지 않은 요구

양자 오류 완화(QEM) 연구는 실용적인 양자 컴퓨팅을 실현하기 위한 중심 초점이 되었으며, 특히 분야가 2025년에 접어들면서 많은 과제와 한계가 여전히 존재하고 있습니다. 이러한 과제들은 노이즈가 있는 중간 규모 양자(NISQ) 장치에서 내결함성 양자 컴퓨터로의 전환을 방해하고 있습니다. 주요 과제 중 하나는 현재 양자 하드웨어에 내재된 소음과 디코herence 입니다. IBM, Rigetti Computing, Quantinuum과 같은 주요 하드웨어 제공업체조차도 그들의 장치가 대규모 오류 수정된 양자 계산을 위한 낮은 오류율을 달성하기에는 여전히 멀었다고 인정하고 있습니다.

주요 한계는 기존 QEM 기술의 확장성입니다. 제로 노이즈 외삽법, 확률적 오류 취소 및 대칭 검증과 같은 방법은 소규모 실험에서 가능성을 보여주었지만, 자원 요구는 회로 크기 및 깊이에 따라 급격하게 증가합니다. 예를 들어, 확률적 오류 취소는 회로 실행을 기하급수적으로 요구할 수 있어, 더 큰 알고리즘에 실용적으로 적용하기 어렵습니다. 이런 확장성 병목 현상은 2025년 하드웨어 개발자와 최종 사용자 모두에게 주요 관심사로 남아 있으며, 100개 이상의 큐비트를 가진 양자 프로세서가 현재 테스트 중이지만 복잡한 작업에 대해 QEM을 완전히 활용할 수 없는 상황입니다.

또한, QEM의 성능을 평가하기 위한 표준화된 벤치마크 및 지표의 부족이 충족되지 않은 요구입니다. IBM와 Rigetti Computing과 같은 기관들이 특정 알고리즘에서 오류 완화를 입증하는 결과를 발표했지만, 서로 다른 플랫폼 및 사용 사례를 통해 기술을 비교할 수 있는 보편적으로 인정된 프레임워크는 없습니다. 이는 연구자와 산업 종사자가 진전을 객관적으로 평가하고 가장 유망한 접근 방식을 식별하는 능력을 방해합니다.

또한 QEM 방법은 기본 하드웨어의 노이즈 특성에 대한 자세한 지식을 필요로 합니다. 그러나 노이즈 모델은 일반적으로 불완전하거나 부정확하며, 특히 장치가 확장되고 새로운 오류 소스가 나타남에 따라 더욱 그렇습니다. 이는 QEM 연구자들에게 끊임없이 진화하는 하드웨어 환경에 맞춰 기술을 조정해야 한다는 난제를 안기는 것입니다. Quantinuum 및 IBM과 같은 기업들은 향상된 노이즈 특성화를 위해 투자하고 있지만, 종합적이고 실시간 노이즈 모델링은 여전히 충족되지 않은 요구입니다.

앞으로 몇 년간 QEM 연구의 전망은 하드웨어와 소프트웨어 모두에서의 발전에 달려 있습니다. 효율적이고 하드웨어 독립적인 완화 전략, 그리고 오픈 벤치마크 및 데이터 공유 표준을 수립하기 위한 협력 노력이 절실히 필요합니다. 이러한 문제를 해결하는 것은 NISQ 시대 및 그 이후에 양자 컴퓨팅의 잠재력을 최대한 발휘하는 데 중요할 것입니다.

신흥 애플리케이션과 상용화 경로

양자 오류 완화(QEM)는 실용적인 양자 컴퓨팅 애플리케이션을 Unlock하기 위한 중요한 연구 초점으로 빠르게 부상하고 있습니다. 특히 산업이 노이즈가 있는 중간 규모 양자(NISQ) 시대에 접어들면서 이 분야는 학술 및 산업에서 QEM 기술을 개발하고 상용화하기 위한 노력이 급증하고 있습니다. 2025년에는 현재 하드웨어 제한과 실제 세계의 양자 알고리즘 요구 사항 간의 간극을 해소하려는 목표를 가지고 활발한 개발이 이루어지고 있습니다.

주요 양자 하드웨어 공급업체인 IBM, Rigetti Computing, Quantinuum는 모두 쓰는 양자 플랫폼에 오류 완화 프로토콜을 적극 통합하고 있습니다. 예를 들어, IBM은 제로 노이즈 외삽법 및 확률적 오류 취소와 같은 고급 QEM 방법을 Qiskit 런타임 환경에 통합하여 사용자가 기존 초전도 큐비트 장치에서 더 높은 신뢰성의 결과를 달성할 수 있도록 지원하고 있습니다. 마찬가지로, Rigetti Computing와 Quantinuum는 각자의 아키텍처에 맞춤화된 오류 완화 전략을 벤치마크하고 개선하기 위해 학술 파트너와 협력하고 있습니다.

2025년의 주목할 만한 추세는 QEM에 전념하는 소프트웨어 중심 스타트업과 컨소시엄의 출현입니다. Classiq Technologies와 Zapata Computing과 같은 기업들은 양자 워크플로와 관계없이 통합될 수 있는 플랫폼 독립적인 QEM 도구 키트를 개발하고 있습니다. 이러한 도구 키트는 양자 화학, 금융 및 최적화와 같은 분야에서 시범 운영되고 있으며, 계산 정확도의 약간의 향상도 상당한 상업적 가치를 가져올 수 있습니다.

표준화 측면에서도 양자 경제 개발 컨소시엄(QED-C)과 같은 조직이 QEM에 대한 벤치마크 및 모범 사례 정의를 위한 산업 간 협업을 촉진하고 있습니다. 이는 클라우드 제공업체가 양자 컴퓨팅 제공의 일환으로 맞춤형 QEM 모듈을 제공함으로써 서비스로서의 오류 완화의 채택을 가속화할 것으로 예상됩니다.

앞으로 몇 년 동안 QEM은 특히 하드웨어 확장이 단기적으로 소음을 극복하는 데 충분하지 않기 때문에 양자 소프트웨어 스택의 기본 레이어가 될 가능성이 큽니다. 상용화 경로는 알고리즘 효율성의 향상, 하드웨어와의 긴밀한 통합 및 산업 특정 QEM 솔루션 개발에 따라 형성될 것입니다. 양자 프로세서가 큐비트 수와 회로 깊이가 증가함에 따라 강력한 오류 완화는 초기 상용 애플리케이션을 해제하고 실용적인 환경에서 양자 이점을 입증하는 데 필수적일 것입니다.

미래 전망: 내결함성 양자 컴퓨팅을 위한 로드맵

양자 오류 완화(QEM) 연구는 내결함성 양자 컴퓨팅을 향한 로드맵에서 중요한 기둥이며, 특히 이 분야가 노이즈가 있는 중간 규모 양자(NISQ) 장치에서 보다 강력한 아키텍처로 전환되는 과정에 있습니다. 2025년에는 오류 완화 기술을 현재 하드웨어에 배포하고, 완전한 양자 오류 수정(QEC)이 실용적이게 될 때까지의 간극을 메우는 데 주력을 하고 있습니다.

주요 양자 하드웨어 제공업체인 IBM, Rigetti Computing, IonQ는 QEM 전략을 적극적으로 발전시키고 있습니다. 여기에는 제로 노이즈 외삽법, 확률적 오류 취소 및 대칭 검증 등이 포함되며, 이들은 이들의 양자 소프트웨어 스택 및 클라우드 플랫폼에 통합되고 있습니다. 예를 들어, IBM은 Qiskit 런타임에 QEM 도구를 통합하여 사용자가 실제 장치에서 오류 완화 실험을 수행할 수 있도록 지원합니다. 유사하게 IonQ는 갇힌 이온 시스템에 맞춤화된 하드웨어 효율적인 오류 완화를 탐구하고 있으며, 큐비트의 고유한 노이즈 특성을 활용하고 있습니다.

2024년과 2025년 초의 최근 실험 결과는 QEM이 NISQ 장치에서 양자 계산의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있음을 입증합니다. 예를 들어, IBM과 학술 파트너 간의 공동 연구는 제로 노이즈 외삽법이 특정 알고리즘에 대해 오류율을 최대 50%까지 줄일 수 있다는 것을 보여주어, 양자 회로의 실용적 깊이를 확장하고 있습니다. 한편, Rigetti Computing은 초전도 큐비트를 위한 확장 가능한 오류 완화의 진전을 보고하며, 실시간 보정 및 적응형 노이즈 모델링에 중점을 두고 있습니다.

앞으로 몇 년에는 QEM과 QEC 접근 방법의 수렴이 예상됩니다. 경량 오류 완화와 초기 단계의 오류 수정 코드 결합을 통한 하이브리드 프로토콜이 활발히 연구되고 있습니다. 이러한 하이브리드화는 완전한 내결함성 기계가 등장하기 전에 실용적 애플리케이션에서 양자 이점을 입증하는 중요한 촉진제가 될 것으로 예상됩니다. 또한, 양자 경제 개발 컨소시엄과 같은 산업 컨소시엄 및 표준화 기구는 오류 완화를 위한 벤치마크 및 모범 사례를 구축하기 위해 노력하여 상호 운용성을 촉진하고 채택을 가속화합니다.

2027년까지 이 분야는 QEM이 양자 소프트웨어 도구 체인의 필수적인 부분이 되어 화학, 최적화 및 기계 학습에 대한 양자 계산의 신뢰성을 향상시키는 데 일상적으로 사용될 것으로 예상하고 있습니다. 하드웨어가 확장되고 코히어런스 시간이 개선됨에 따라 QEM과 QEC 간의 상호작용은 대규모 내결함성 양자 컴퓨팅을 향한 궤적을 형성하는 데 핵심적인 영향을 미칠 것입니다.

출처 및 참고 문헌

Quantum Error Mitigation and the Path to Useful Quantum Computing