2020~2025 실전 양자컴퓨팅의 분수령

정리

1. 2020 광자 우월성 – 초거대 광학 회로로 고전 불가 과제 해결
2. 2021 초전도 우월성 – 60 + 큐비트 칩으로 양자 샘플링 속도 전쟁 격화
3. 2022 프로그래머블 포토닉 – 시간다중화 광자칩으로 양자우월성 ‘재사용’ 가능 증명
4. 2023 서피스코드 확장 – 큐비트 수를 늘릴수록 논리 오류가 실제로 감소
5. 2024/25 임계값 돌파 – 100 + 큐비트 코드가 물리 오류 한계 아래에서 안정 동작

이 다섯 편은 우월성 → 재프로그램화 → 오류정정 → 임계값 돌파라는 R&D 단계를 순서대로 보여 주면서, 앞으로 “수백만 큐비트 FTQC”와 “모듈형 네트워킹” 시대를 예고하고 있어!

 

최근 5 년은 “양자우월성 실험 → 오류 억제 → 임계값 돌파”로 이어지는 실전 양자컴퓨팅의 분수령이었어. 여기서는 2019 년 구글 Sycamore 실험 이후에 ‘다음 단계’를 열었다고 평가받는 다섯 편을 간단히 정리해 줄게.

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1. Zhong 등, “Quantum computational advantage using photons” (Science 2020)

• 무엇을 했나?
  중국 USTC 팀이 100 모드 간섭계에 50 개의 압축광 상태를 넣어 가우시안 보손샘플링을 수행, 고전 슈퍼컴퓨터가 수십 억 년 걸릴 분포 샘플링을 200 초 이내에 끝냈어. arxiv.orgarxiv.orgwired.com

 

• 한줄 포인트
  광자 플랫폼도 양자우월성을 달성할 수 있다는 걸 입증, 이후 Xanadu·PsiQuantum 등의 투자‧연구 붐을 일으켰지. arxiv.org

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2. Wu 등, “Strong quantum computational advantage using a superconducting processor” (PRL 2021)

• 무엇을 했나?
  같은 USTC가 66 큐비트 초전도 칩 Zuchongzhi로 랜덤 회로 샘플링을 실행, 고전 시뮬레이션 대비 ~10⁸ 배 속도를 기록하며 두 번째 ‘양자우월성’ 깃발을 꽂았어. link.aps.orgarxiv.org

 

• 한줄 포인트
  중국이 광자·초전도 두 축 모두에서 선두권임을 과시, 국가 차원의 대규모 투자를 가속했어. link.aps.org

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3. Borealis (Xanadu), “Quantum computational advantage with a programmable photonic processor” (Nature 2022)

• 무엇을 했나?
  캐나다 Xanadu가 시분할 광자 펄스 열을 써서 216 모드, 219 광자 ‘Borealis’ 시연에 성공해 하드웨어 효율·재프로그램 가능성을 동시에 보여 줬어. nature.comwired.com

 

• 한줄 포인트
  가변 위상모듈+시간다중화 설계가 “소수 부품으로 대형 클러스터 상태 생성” 노선을 현실화, 포토닉 MBQC(측정 기반 계산)‧CV-GKP 코드 연구의 촉매가 됐지. nature.com

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4. Google Quantum AI, “Suppressing quantum errors by scaling a surface-code logical qubit” (Nature 2023)

• 무엇을 했나?
  72 개-→105 개 초전도 큐비트 격자로 거리 5→7 서피스코드를 운용, 사이클당 논리 오류율을 물리 오류율보다 20× 이상 억제해 **“오류 억제 곡선이 실제로 내려간다”**는 걸 입증했어. nature.cominvestopedia.comft.com

 

• 한줄 포인트
  “큐비트를 더 붙이면 오히려 계산이 안정된다”는 QEC 기본가정을 처음 실험적으로 확인, 기업·정부 로드맵에 ‘표면코드 논리 큐비트 수’가 핵심 지표로 굳어졌어. nature.com

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5. Google Quantum AI Willow, “Quantum error correction below the surface-code threshold” (Nature 2024 발표 → 2025 게재)

• 무엇을 했나?
  새 세대 Willow 칩에서 101 물리 큐비트(distance 7)로 논리-메모리를 구현, 임계값 p_thr ≈ 0.5% 아래에서 Λ ≈ 2.1의 지수적 오류 억제를 달성했어. 논리 수명은 최상의 물리 큐비트보다 2.4× 길었고, 실시간 디코더 지연은 63 µs로 회로 주기(1.1 µs)에 맞췄지. nature.comnature.com

 

• 한줄 포인트
  ‘브레이크이븐을 넘은 QEC 메모리’가 실현되며 양자 CPU ↔ 실용 FTQC 간 최대 장벽이 하나 무너졌다는 평가를 받았어. nature.com