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마이크로소프트·Quantinuum, 논리 큐비트 오류율을 물리 큐비트보다 최대 800배 낮춘 결과를 네이처에 발표

Improved quantum processor logical error rates via correction and detection

Nature 원글 보기 ↗

요약

  • 마이크로소프트와 Quantinuum이 이온트랩 양자 프로세서에서 논리 큐비트의 오류율을 물리 큐비트 기준 대비 11배에서 800배까지 낮춘 결과를 2026년 6월 10일 네이처에 실었다.
  • 물리 큐비트 12개로 논리 큐비트 2개를 만드는 '카본 코드'와 16개로 4개를 만드는 '테서랙트 코드' 두 가지를 썼고, 회로는 최대 논리 큐비트 12개까지 확장했다.
  • 800배는 벨 상태 준비 실험에서 오류가 의심되는 실행을 걸러내는 사후 선택을 적용했을 때의 수치이며, 걸러내지 않으면 약 5배 개선에 그친다.
  • 오류 정정을 최대 10회 반복하는 실험에서는 주기당 오류율이 물리 기준보다 51배 낮았고, 논리 큐비트 12개 얽힘 상태(cat state) 준비에서는 22배 개선을 보였다.
  • 실시간 디코딩과 피드포워드 정정은 아직 구현하지 않아 완전한 내결함성 양자컴퓨터와는 거리가 있다는 평가가 있다.
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기사 AI가 출처를 조사하고 작성했습니다

무슨 일인가

마이크로소프트(Microsoft)와 Quantinuum이 이온트랩 양자 프로세서에서 양자 오류 정정과 오류 검출을 결합해 논리 큐비트의 오류율을 물리 큐비트 기준 대비 11배에서 800배까지 낮췄다는 논문을 2026년 6월 10일 네이처(Nature)에 발표했다.1 논문은 2025년 2월 14일 접수돼 2026년 5월 6일 채택됐고, 마이크로소프트 퀀텀과 Quantinuum 소속 저자 37명이 참여했으며 교신저자는 크리스타 스보어(Krysta Svore)다.1 이 결과는 2024년 4월 arXiv에 먼저 공개된 연구를 동료 심사를 거쳐 다듬은 것이다.2

자세히

연구진은 이온트랩에 맞춰 설계한 두 가지 부호를 썼다. 물리 큐비트 12개로 논리 큐비트 2개를 부호화하는 '카본 코드(carbon code)'와, 물리 큐비트 16개로 논리 큐비트 4개를 부호화하는 4차원 '테서랙트 컬러 코드(tesseract colour code)'다.13 회로는 최대 논리 큐비트 12개까지 병렬로 확장했다.1

가장 큰 개선 폭은 벨 상태 준비 실험에서 나왔다. 물리 큐비트만 쓴 기준 회로의 오류율은 약 0.8%였는데, 카본 코드로 부호화하고 오류 징후가 모호한 실행을 걸러내자 1만 5천 회 넘는 채택 실행에서 오류가 한 번도 관측되지 않았고, 추정 오류율은 0.001%로 약 800배 개선됐다.45 다만 걸러내는 사후 선택(post-selection)을 적용하지 않으면 오류율은 약 0.17%로, 개선 폭은 약 5배에 그친다.46

계산 도중 오류 정정을 반복하는 실험에서는 카본 코드로 최대 10회 정정을 돌렸고, 주기당 논리 오류율 0.006%를 기록했다. 물리 기준 오류율은 비교 방식에 따라 약 0.37%에서 0.59%였으며, 논문은 이를 주기당 51배 낮은 수치로 정리했다.43 테서랙트 코드로는 그래프 상태 실험을 했는데, 논리 큐비트 4개 경로 상태에서 15배, 8개 큐브 상태에서 11배, 12개 얽힘 상태(cat state) 준비에서 22배 오류가 줄었다.43

이 가운데 논리 큐비트 12개 얽힘 결과는 2024년 9월 마이크로소프트가 Quantinuum의 H2 이온트랩 컴퓨터에서 먼저 공개한 것으로, 당시 논리 회로 오류율 0.0011과 물리 회로 오류율 0.024를 비교해 22배 개선이라고 밝혔다.7

맥락과 왜 중요한가

두 회사는 2024년 4월 Quantinuum의 32큐비트 H2 프로세서 중 30개 물리 큐비트로 논리 큐비트 4개를 만들고, 회로 1만 4천 회를 오류 없이 실행했다고 발표한 바 있다.8 이번 논문은 그 발표와 후속 결과를 동료 심사를 거친 형태로 묶은 것이다.3

마이크로소프트 퀀텀의 마티아스 트로이어(Matthias Troyer)는 논문 발표에 맞춘 글에서 "물리 큐비트가 많기만 해서는 충분하지 않다"며 오류 검출과 정정이 뒷받침돼야 한다고 썼다.5 Quantinuum도 같은 날 이 결과를 두고 이온트랩 아키텍처가 큰 자원 비용 없이 대규모 내결함성을 뒷받침한다는 점을 보여 준다고 밝혔다.9

NAND 리서치(NAND Research)의 스티브 맥도웰(Steve McDowell)은 이 논문이 공급사의 자체 평가에 기대지 않는 기준선을 제공한다고 평가하면서, 양자 업계의 차별화 지점이 큐비트 수에서 오류 정정 부호의 효율, 계산 중 정정, 하드웨어와 소프트웨어의 공동 설계로 옮겨 가고 있다고 봤다.6 그는 이 논문이 2022년 네이처 위상 큐비트 논문 철회로 생긴 마이크로소프트의 신뢰 공백을 메우는 데 도움이 되지만, 결과는 마이크로소프트의 마요라나 칩이 아니라 Quantinuum 하드웨어에서 나온 것이라고 짚었다.6

남은 물음

논문의 최고 성적은 사후 선택에 기대고 있고, 실시간 디코딩과 피드포워드 정정은 구현하지 않아 신드롬 해석은 사후 처리로 이뤄졌다.46 지배적인 잡음원은 프로세서 안에서 이온을 옮길 때 생기는 위상 흐트러짐이었다.4 마이크로소프트도 더 큰 부호, 더 깊은 회로, 실시간 디코딩, 피드포워드 제어를 남은 과제로 꼽았다.5 맥도웰은 두 회사 모두 내결함성을 해결했다고 주장할 수는 없으며, 모호한 실행을 버리지 않는 저지연 실시간 디코딩으로 옮겨 가는 것이 다음 이정표라고 평가했다.6

참고한 곳

  1. Nature, Improved quantum processor logical error rates via correction and detection - https://www.nature.com/articles/s41586-026-10628-y ↩ ↩2 ↩3 ↩4

  2. arXiv, Demonstration of logical qubits and repeated error correction with better-than-physical error rates - https://arxiv.org/abs/2404.02280 ↩

  3. Quantum Computing Report, Microsoft and Quantinuum Publish Peer-Reviewed Quantum Error Correction Data in Nature - https://quantumcomputingreport.com/microsoft-and-quantinuum-publish-peer-reviewed-quantum-error-correction-data-in-nature/ ↩ ↩2 ↩3 ↩4

  4. The Quantum Insider, Microsoft And Quantinuum Report on Major Gains in Quantum Error Correction - https://thequantuminsider.com/2026/06/13/microsoft-and-quantinuum-report-on-major-gains-in-quantum-error-correction/ ↩ ↩2 ↩3 ↩4 ↩5 ↩6

  5. Microsoft Quantum, Microsoft's application of error correction to trapped-ion qubits published in Nature - https://quantum.microsoft.com/en-us/insights/blogs/microsoft-application-of-error-correction-to-trapped-ion-qubits ↩ ↩2 ↩3

  6. NAND Research, Microsoft & Quantinuum: Peer-Reviewed Quantum Error Correction Results - https://nand-research.com/microsoft-quantinuum-peer-reviewed-quantum-error-correction-results/ ↩ ↩2 ↩3 ↩4 ↩5

  7. Microsoft Azure Quantum Blog, Microsoft and Quantinuum create 12 logical qubits and demonstrate a hybrid, end-to-end chemistry simulation - https://azure.microsoft.com/en-us/blog/quantum/2024/09/10/microsoft-and-quantinuum-create-12-logical-qubits-and-demonstrate-a-hybrid-end-to-end-chemistry-simulation/ ↩

  8. Quantinuum, Quantinuum and Microsoft announce new era in quantum computing with breakthrough demonstration of reliable qubits - https://www.quantinuum.com/press-releases/quantinuum-and-microsoft-announce-new-era-in-quantum-computing-with-breakthrough-demonstration-of-reliable-qubits ↩

  9. Quantinuum, Quantinuum's Fault-Tolerance Advantage: Turning Quantum Reliability into Commercial Usefulness - https://www.quantinuum.com/blog/quantinuums-fault-tolerance-advantage-turning-quantum-reliability-into-commercial-usefulness ↩

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