[더구루=홍성일 기자] 미국 양자컴퓨팅 기업 아이온큐(IonQ)가 대규모 양자 시스템 구축에 필수적인 하드웨어 신소재 개발에 성공했다. 아이온큐는 신소재 개발로 상업용 양자컴퓨터 양산에 한 발 더 가까워졌다고 평가하고 있다.

5일 아이온큐에 따르면 드비어스 그룹(De Beers Group)의 합성 다이아몬드 전문 자회사인 엘리먼트 식스(Element Six)와 공동으로 '양자 등급 다이아몬드 필름(quantum-grade diamond films)'을 개발했다.

합성 다이아몬드는 결정 구조 내 질소-결손(Nitrogen-Vacancy) 센터 등이 안정적인 큐비트(qubit) 역할을 할 수 있어 양자 메모리 및 센서의 핵심 소재로 주목받아 왔다. 하지만 지금까지 미세 양자 구조 장치를 제작하기 위해서는 특수 공정이 필요해 소규모 연구개발(R&D) 단계에서 생산하는데 머물러왔다.

아이온큐와 엘리먼트 식스가 개발한 양자 등급 다이아몬드 필름을 이용하면 기존 반도체 제조 기술을 이용해 다이아몬드 기반 양자 장치를 생산할 수 있다. 다이아몬드 기반 장치에는 양자 메모리와 개별 양자컴퓨터를 연결하는 광자 상호연결(photonic interconnects) 장치가 있다.

양자메모리는 양자컴퓨팅 모듈에서 데이터를 추출할 때 발생하는 '네트워크 손실' 문제를 해결하는 부품으로, 양자컴퓨터에서 생성된 정보를 저장하는 역할을 한다. 광자 상호연결 장치는 양자컴퓨팅 모듈 간의 광 통신을 지원한다. 해당 장치들은 양자컴퓨팅 클러스터를 구축하는데 핵심 부품이기도 하다.

양자컴퓨팅 클러스터는 상업적 목표 달성의 최소 규모로 거론되는 100만 큐비트 양자컴퓨터 구축을 위해 필수적인 기술이다. 양자컴퓨팅 클러스터는 슈퍼컴퓨터 구축 방법과 유사한 형태를 가진다. 슈퍼컴퓨터가 전통적인 컴퓨터를 연결해 하나의 컴퓨터처럼 만드는 방식이라며, 양자컴퓨팅 클러스터는 모듈화된 양자컴퓨터를 연결해 만들어진다. 이를 두고 '확장 가능한(scalable)' 양자컴퓨팅 시스템이라고 말하기도 한다.

양사가 개발한 양자 등급 다이아몬드 필름은 실리콘 등 기존 반도체 기판에 증착시키는 방식으로 사용할 수 있다.

아이온큐는 이를 통해 파운드리 호환성을 달성할 수 있었다고 전했다. 즉 기존 반도체 산업에서 사용하는 표준 장비와 공정을 활용해 다이아몬드 기반 양자 메모리, 센서 등을 대량 생산할 수 있게됐다는 것. 또한 이기종 통합도 가능해졌다. 다이아몬드 기반 양자 메모리와 스위치, 변조기 등 비(非)다이아몬드 기반의 장치를 하나의 칩에 통합하는 하이브리드 시스템을 구현할 수 있게됐다.

아이온큐는 이번에 개발된 신소재가 지난 6월 인수를 완료한 라이트싱크 테크놀로지스(Lightsynq Technologies, 이하 라이트싱큐)의 기술과 시너지 효과를 낼 것으로 기대하고 있다. 아마존웹서비스(AWS) 양자 네트워킹 센터 책임자였던 미히르 바스카(Mihir Bhaskar) 박사 등이 공동 설립한 라이트싱크는 양자메모리 기술을 보유하고 있었다.

니콜로 데 마시(Niccolo de Masi) 아이온큐 회장 겸 최고경영자(CEO)는 "파운드리와 호환되는 양자 등급 다이아몬드 필름은 광자 상호연결, 컴퓨팅 프로세서, 양자 네트워킹의 판도를 바꿀 것"이라며 "상업용 양자 네트워크를 위해 설계된 일관성 있는 고성능 시스템을 대량 생산할 수 있게 될 것"이라고 말했다.