마이크로소프트가 토포컨덕터 기반 양자 프로세서 ‘마요라나 1’을 공개하며 양자 컴퓨팅 분야의 새로운 장을 열었다. 이번 프로세서는 수년 내 양자 컴퓨터 상용화를 앞당길 것으로 기대를 모으고 있다.

20일 마이크로소프트는 손바닥 크기의 혁신적인 양자 프로세서 ‘마요라나 1’을 공개했다. 이 프로세서는 자체 개발한 토폴로지 코어 아키텍처를 기반으로 설계됐으며, 단일 칩에 100만 개 이상의 큐비트를 집적할 수 있는 뛰어난 확장성을 자랑한다.

오류 저항성을 하드웨어에 갖춘 내결함성 구조로 설계돼 더욱 안정적인 양자 연산이 가능하며, 디지털 방식으로 큐비트를 제어할 수 있어 신뢰성도 한층 높였다.

이번 혁신의 핵심은 토포컨덕터라는 새로운 물질이다. 마이크로소프트 연구진은 반도체인 인듐비소와 초전도체인 알루미늄을 원자 단위에서 정밀하게 결합해 완전히 새로운 재료 스택을 제작하는 데 성공했다.

토포컨덕터는 극저온에서 토폴로지 초전도성을 유지하면서 고체·액체·기체와는 다른 토폴로지 상태를 형성한다. 특히 새로운 양자 입자인 마요라나 입자를 통해 초소형·초고속·고안정 큐비트를 생성할 수 있다는 점이 주목받고 있다.

이번 연구 결과는 세계적 과학 저널 ‘네이처’에 게재됐다. 논문에서는 토폴로지 큐비트의 독특한 양자 특성 구현과 정밀 측정 방법이 소개됐다. 특히 토포컨덕터가 무작위적 방해로부터 양자 정보를 효과적으로 보호하는 마요라나 입자를 생성할 수 있으며, 마이크로파 측정으로 해당 정보를 신뢰성 있게 판독할 수 있다는 점이 강조됐다.

마이크로소프트는 양자 컴퓨터가 재료 과학, 의료 및 생명 과학, 기후 변화 대응, 지속 가능한 에너지 연구 등 다양한 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 것으로 전망하고 있다.

예컨대 양자 컴퓨터는 자가 복구가 가능한 신소재 개발, 미세 플라스틱 분해 촉매 발견, 효소 작용의 정밀 분석을 통한 신약 개발 등에 활용될 수 있다.

체탄 나약 마이크로소프트 퀀텀 하드웨어 부사장은 “백만 큐비트 규모로 확장 가능한 양자 컴퓨터는 단순한 기술적 성취를 넘어 전 세계가 직면한 가장 복잡한 문제를 해결할 수 있는 열쇠”라며 “이 기술이 실현되면 자가 치유 소재, 지속 가능한 농업, 더 안전한 화학 물질 개발 등 다양한 혁신이 가능해질 것”이라고 강조했다.

한편 마이크로소프트는 미국 국방고등연구계획국(DARPA)의 산업 규모 양자 컴퓨팅을 위한 미개척 시스템(US2QC) 프로그램 최종 단계에 진출한 두 개 기업 중 하나로 선정됐다. 또한 클라우드 기반 양자 컴퓨팅 서비스 플랫폼인 ‘애저 퀀텀’을 통해 기업과 연구기관의 과학적 연구를 지원하고 있다.