구글, 세계 최초 ‘검증 가능한 양자 우위’ 달성

• 구글, 세계 최초 ‘검증 가능한 양자 우위(Verifiable Quantum Advantage)’ 달성
• 윌로우(Willow) 칩과 퀀텀 에코스(Quantum Echoes) 알고리즘으로 결과 재현 성공
• 슈퍼컴퓨터로 10²⁴년 걸릴 계산을 5분 만에 해결, 오류율 0.1% 미만

구글이 양자 컴퓨팅의 핵심 과제로 남아 있던 ‘양자 우위(quantum advantage)’를 실질적으로 검증했다.
구글은 22일(현지시간) 자체 개발한 양자 칩 ‘윌로우(Willow)’를 이용해 구현한 알고리즘 ‘퀀텀 에코스(Quantum Echoes)’를 통해 세계 최초로 ‘검증 가능한 양자 우위(Verifiable Quantum Advantage)’를 달성했다고 밝혔다. 이 연구는 국제 학술지 네이처(Nature)에 게재됐다.

‘검증 가능한’이라는 표현은 특정 실험 장비나 조건에 의존하지 않고, 다른 양자 컴퓨터에서도 동일한 결과를 재현해 검증할 수 있음을 의미한다.
양자 우위란 기존 슈퍼컴퓨터로는 현실적인 시간 안에 계산할 수 없는 문제를 양자 컴퓨터가 해결할 수 있는 능력을 뜻한다.

구글은 윌로우 칩이 세계 최고 성능의 슈퍼컴퓨터 ‘프런티어(Frontier)’가 10셉틸리언(10²⁴)년, 즉 1조·1경·1해보다 더 긴 시간이 걸리는 문제를 단 5분 만에 풀 수 있다고 설명했다. 퀀텀 에코스 알고리즘은 기존 슈퍼컴퓨터가 실행하는 고전 알고리즘보다 1만3000배 이상 빠른 속도를 기록했다.

구글 윌로우 칩·퀀텀 에코스 기술 성과 요약표

구분	주요 내용	기술 수치 및 특징	의미
양자 칩	Willow(윌로우) 초전도 큐비트 칩	약 105개 물리 큐비트(physical qubits) 단일 큐비트 게이트 피델리티 99.97% 2큐비트 얽힘 게이트 피델리티 99.88% 리드아웃(readout) 피델리티 99.5%	초전도 회로 정밀도 개선으로 오류율 0.1% 미만 달성, 실질적 양자 우위 구현 기반
주요 알고리즘	Quantum Echoes (퀀텀 에코스)	시간 순서가 뒤섞인 상관함수 OTOC 기반 양자 에코(quantum echo) 신호를 반복 측정해 결과 검증 가능	기존 무작위 회로 샘플링보다 물리적으로 재현·검증 가능한 양자 알고리즘
비교 기준	슈퍼컴퓨터 ‘프런티어(Frontier)’	동일 문제를 프런티어로 풀면 10²⁴년(10셉틸리언년) 소요 윌로우는 약 5분 이내 계산 완료	고전 시뮬레이션으로는 사실상 불가능한 영역 진입
연산 속도 비교	고전 알고리즘 대비	약 13,000배 이상 빠름	고전 컴퓨터의 연산 한계를 양자 회로가 초월
데이터 신뢰성	오류율 및 검증 방식	오류율 0.1% 미만 총 1조 회 이상 측정 ‘10인년’ 수준 검증 실험	외부 재현 가능한 ‘검증 가능한 양자 우위’로 진전
산업 응용 가능성	신약·소재·배터리 분야	핵자기 공명(NMR) 기술과 결합해 분자 구조 정밀 분석 분자 눈금자(molecular ruler) 개념 제시	신약 후보 탐색, 신소재 특성화, 차세대 배터리 설계에 응용 가능
향후 로드맵	기술 확장 및 상용화	‘오래 지속되는 논리 큐비트(long-lived logical qubit)’ 개발 중	대규모 오류 수정 및 상용 양자컴퓨터로의 전환 단계
핵심 인물	Michel Devoret (미셸 드보레)	구글 퀀텀 AI 수석 과학자 2025년 노벨 물리학상 공동 수상자	초전도 큐비트 기반 하드웨어 혁신 주도

이번 성과는 2019년 구글이 발표한 첫 양자 우위 실험을 한층 진전시킨 것이다. 당시 결과는 외부에서 재현하거나 검증할 방법이 없어 논란이 있었으나, 이번에는 오류율 0.1% 미만의 정밀한 데이터와 ‘10인년(연구자 10명이 1년간 검증)’에 해당하는 철저한 테스트를 거쳐 신뢰성을 확보했다. 구글은 알고리즘 최적화를 위해 총 1조 회 이상의 측정을 수행했다고 밝혔다.

구글은 이번 연구가 신약 개발, 배터리 설계, 신소재 탐색 등 산업 현장에도 응용될 수 있을 것으로 기대했다. 특히 핵자기 공명(NMR) 기술을 ‘분자 눈금자’로 활용해 분자 구조를 정밀하게 측정함으로써, 신약 후보물질의 탐색과 차세대 소재 분석에 새로운 접근을 제시했다고 설명했다.

향후 5년 이내에는 양자 컴퓨터로만 가능한 실질적 응용 사례가 등장할 것으로 내다봤다. 또한 대규모 오류 수정이 가능한 차세대 양자 컴퓨터 개발을 추진 중이며, 현재는 ‘오래 지속되는 논리 큐비트(long-lived logical qubit)’ 기술 확보에 집중하고 있다.

이번 연구는 초전도 큐비트 기술 발전에 뿌리를 두고 있으며, 구글 퀀텀 AI 수석 과학자 미셸 드보레(Michel Devoret)가 주도했다. 그는 올해 초전도 큐비트 연구 공로로 노벨 물리학상을 공동 수상했다.

김지윤 기자/ hello@sciencewave.kr