[현장] “신약 개발 난제 푼다”…연세대·IBM, 차세대 양자컴 시동

[아이티데일리] 4일 인천 송도 연세대 국제캠퍼스 양자컴퓨팅센터에서 '차세대 양자컴퓨팅 플랫폼 가동식'과 '차세대 양자컴퓨팅 플랫폼 가동 기념 미디어 브리핑'이 열렸다. 현장에서는 최신 양자 프로세서가 탑재된 'IBM 퀀텀 시스템 원' 앞에서 연세대·IBM 관계자들이 기념 촬영을 진행했다. 사진은 김호준 기자가 촬영했다.

이날 브리핑에서는 최신 프로세서 'IBM 퀀텀 나이트호크(Nighthawk) R2' 도입의 의미가 소개됐다. 정재호 연세대학교 양자사업단장은 신약 1개 개발에는 기간 15년과 비용 수조 원이 들고 성공률은 10% 미만이라고 설명했다.

정재호 연세대학교 양자사업단장은 또 임상시험 전 후보물질 발굴·최적화 단계는 7~8년에 걸친 계산 중심 영역이라고 밝혔다. 이어 양자컴퓨터가 연산 병목을 완화하고 혁신 신약이 환자에게 도달하는 시점을 단축하는 핵심 도구라고 설명했다.

연세대와 IBM은 이날 오전 업그레이드된 'IBM 퀀텀 시스템 원(Quantum System One)'의 가동을 시작했다. 이번 업그레이드에는 나이트호크 R2가 적용됐다. 연세대는 2024년 127큐비트 '이글(Eagle)' 프로세서 기반 퀀텀 시스템 원을 도입한 바 있다.

연세대는 IBM 퀀텀 네트워크 참여 기관의 자체 시설 기준으로 나이트호크 프로세서를 구축한 첫 사례가 됐다. 나이트호크 R2는 IBM이 9월 공개한 최신 양자 프로세서다. 이 프로세서의 사양은 프로그래머블 큐비트 120개다.

나이트호크 R2의 특징은 고속 큐비트 리셋 아키텍처다. IBM은 이 아키텍처로 오류율이 감소하고 연산 처리 속도가 향상된다고 설명했다. 나이트호크 R2의 성능은 초당 10만 개 이상 회로 실행이며, 처리량은 직전 세대 '헤론(Heron)' 대비 25배다.

IBM은 나이트호크에서 큐비트 수를 확대하는 데 그치지 않고 칩 구조 자체를 변경했다. 나이트호크는 칩 전체에 물리 큐비트 458개를 담아 이글(127큐비트) 대비 집적 규모를 3.6배 이상 키웠다. 이 가운데 실제 연산을 수행하는 프로그래머블 큐비트는 120개이며, 나머지 물리 큐비트는 큐비트 간 간섭을 제어하고 정확도를 높이는 역할을 맡는다. 또 나이트호크는 큐비트 연결 구조도 바꿨다.

나이트호크는 격자 구조를 채택해 큐비트를 최대 4개까지 연결할 수 있도록 했다. IBM은 이 같은 격자 구조로 큐비트 간 데이터 전달 과정에서 발생하던 계산 지연과 오류를 개선했다고 밝혔다. 이는 연세대에 있던 칩인 이글이 127큐비트를 벌집 형태로 구성하고 이웃한 2~3개 큐비트를 연결하는 방식이었던 것과 대비된다.

IBM 발표에 따르면 나이트호크는 2큐비트 게이트 기준 연산 정확도 약 99.7%를 기록했다. 2큐비트 게이트는 두 큐비트의 얽힘을 형성하는 연산 단위로, 계산을 동시에 처리할 수 있게 한다. 나이트호크의 오류 수준은 연산 1000번당 약 3번이다. 큐비트는 미세한 변화에도 양자 상태가 붕괴할 수 있어 연산 오류를 유발하기 쉬운 만큼, 나이트호크의 낮아진 오류율은 의미 있는 성과다.

IBM은 연세대의 나이트호크 도입을 2029년 FTQC 상용화로 가는 이정표로 규정했다. FTQC는 연산 중 오류 감지·정정으로 정확도를 개선하는 양자컴퓨터다.

제리 차우 IBM 펠로우·양자중심슈퍼컴퓨팅 CTO는 나이트호크가 기존 양자 프로세서 대비 연산 속도가 25배이고 오류율도 개선됐다고 설명했다.

제리 차우는 IBM이 초당 10만 개 회로 실행 속도를 유지하면서 프로그래밍 가능한 큐비트를 500개 이상으로 늘린 차세대 프로세서를 개발 중이라고 밝혔다. 그는 향후 2년 안에 500큐비트급 장치 상호 연결 시스템을 구축할 계획이며, 해당 시스템은 1000큐비트 이상 구동을 목표로 한다고 설명했다.

4일 인천 송도 연세대 국제캠퍼스 양자컴퓨팅센터에서는 '차세대 양자컴퓨팅 플랫폼 가동 기념 미디어 브리핑'이 열렸다. 현장에는 정재호 연세대학교 양자사업단장과 제리 차우 IBM 펠로우 겸 양자중심슈퍼컴퓨팅 CTO, 백한희 IBM 양자알고리즘센터 디렉터가 참석했다. 사진 표기는 김호준 기자다.

이번 브리핑은 연세대가 성능이 강화된 양자컴퓨터를 바탕으로 바이오·신약 개발 및 학제 간 융합 연구를 추진하는 흐름 속에서 마련됐다. 연세대는 강화된 양자컴퓨터 성능 기반 바이오·신약 개발 및 학제 간 융합 연구를 추진하고 있다.

양자컴퓨터는 모든 연산에서 기존 컴퓨터보다 우위에 있는 것은 아니다. 다만 특정 연산에서 높은 성능을 보이며, 활용 분야로는 다수 선택지 중 최적 경로 탐색과 소인수분해 난제 해결, 분자·양자 시뮬레이션이 꼽힌다.

바이오·제약 분야에서 양자컴퓨터에 대한 관심이 확대되는 배경도 이런 연산 특성과 맞닿아 있다. 신약 개발 과정에서는 질병 유발 단백질 탐색 및 치료 물질 시뮬레이션에 장시간이 소요되며, 후보물질 탐색 기간은 8년에서 단축될 가능성이 제기된다. 이에 따라 양자컴퓨터가 해당 과정에서 슈퍼컴퓨터보다 빠른 해결을 할 가능성이 있고, 신약 개발 가속도 기대된다.

정 단장은 신약 개발에서 원인 단백질·치료용 화합물 탐색에 약 8년이 소요된다고 설명하며, 이를 줄일 수단으로 기존 AI 알고리듬 대비 양자컴퓨터를 활용할 경우 속도가 40~50% 향상될 것으로 기대한다고 밝혔다.

연세대는 보건복지부 한국형 ARPA-H 프로젝트를 수행하며, 양자 알고리즘·AI 병렬 결합 계산 파이프라인을 구축하고 있다. 이 프로젝트는 표적 단백질 발굴 기간을 1~2년에서 5개월로, 선도물질 최적화 기간을 4년에서 2년으로 단축하는 것을 목표로 한다. 선도물질은 특정 질병 표적에 약리적 활성을 보여 치료 효과가 기대되는 신약 개발 초기 화합물이다.

정 단장은 신약 개발에서 소규모 연산 성능 향상도 환자에게 치료제가 도달하는 시점을 앞당기고 약값 인하에 기여할 수 있다고 밝혔다. 또 치료제를 확보하지 못해 생명을 잃을 수 있는 환자를 살리는 점이 양자컴퓨팅의 사회적 가치라고 말했다.

4일 인천 송도 연세대학교 국제캠퍼스 양자컴퓨팅센터에서는 IBM 차세대 양자 프로세서 '퀀텀 나이트호크'의 가동 시연이 진행됐다. 시연 현장에는 연세대 양자컴퓨터 연산 결과의 일본 이화학연구소 슈퍼컴퓨터 '후가쿠' 전송 과정이 표시됐다. 이날에는 양자컴퓨터의 물리적 한계 극복을 추진하는 하이브리드 인프라 연동 성과도 함께 소개됐다.

IBM은 양자컴퓨터-슈퍼컴퓨터 연결형 하이브리드 인프라 개발을 추진하고 있다. 양자컴퓨터는 특정 문제에 효과적이지만 오류가 빈발하는 특성이 있다. 또 모든 문제를 전담할 수 없는 한계도 있다.

이에 따라 연계 방식은 일반 연산 업무는 고전 컴퓨터가 담당하고, 양자역학적 특성이 필요한 영역은 양자컴퓨터가 담당하는 구조로 이뤄진다. 이날 소개된 하이브리드 인프라 연동 성과는 이런 방식으로 양자컴퓨터의 한계를 보완하는 데 초점을 맞췄다.

연세대와 IBM은 일본 이화학연구소(RIKEN)와 협력해 송도의 양자컴퓨터와 고베시 소재 슈퍼컴퓨터 '후가쿠(Fugaku)'를 전용 통신망으로 연결했다. 운용 구조는 양자컴퓨터 계산 결과를 후가쿠로 전송하고, 후가쿠 최적화 결과를 연세대로 재전송하는 방식이다. 전송 지연 시간은 20밀리초(ms) 안팎이다.

연세대는 양자 분야의 기반을 넓히는 과정에서 국내 교육·연구 확대와 함께 해외 유수 대학과도 협력을 모색하고 있다. 연세대는 영국 케임브리지대학교와 양자 연구소 상호 분원 설치를 논의 중이며, 케임브리지대학교의 산학협력 전담부서인 '케임브리지 엔터프라이즈'는 이달 중 연세대에 아시아 첫 거점을 마련할 예정이다.

이날 간담회에서는 양자컴퓨터 운영 방식과 비용 관련 질의가 다뤄졌다. 정 단장은 이번 업그레이드에 투입된 비용 규모는 공개하지 않았다고 밝혔다. 또 프로세서 교체는 지난 2년간 연세대의 교육·연구 성과를 바탕으로 IBM과 논의해 결정된 사안이라고 설명했다. 아울러 구독 모델로 도입 계약을 체결했으며, 업그레이드 자체에 따른 추가 비용은 없다고 전했다.

연세대는 2024년 퀀텀 시스템 원을 도입한 뒤 저변 확대에 주력해 왔다. 퀀텀 아카데미를 개설했고, 초·중·고교생부터 일반인을 대상으로 한 교육 프로그램을 운영하고 있다. 지난해에는 대학원에 양자정보과학 과정을 개설했으며, 현재 50여 명의 석·박사를 양성 중이다. 대학 측은 이런 기반 위에서 이번 업그레이드가 양자 연구와 산학협력의 거점으로 자리매김하는 계기가 되기를 기대하고 있다.

출처: 아이티데일리 (IT DAILY) · 김호준 기자
원문: https://www.itdaily.kr/news/articleView.html?idxno=242700

참고자료

• https://www.itdaily.kr/news/articleView.html?idxno=242700