“양자기술에도 AI 결합” 마이크로소프트, 양자 슈퍼컴퓨터 혁신 가속화 로드맵 발표

마이크로소프트가 과학적 발견을 가속화하기 위한 새로운 양자 서비스를 공개하고 양자 슈퍼컴퓨터 구축을 위한 로드맵을 발표했다.

마이크로소프트는 화학 회사가 신소재 연구 및 개발 속도를 높일 수 있도록 돕는 ‘애저 퀀텀 엘리먼트(Azure Quantum Elements)’와 양자기술에 AI을 적용한 ‘애저 퀀텀 코파일럿(Copilot in Azure Quantum)’을 소개했다.

마이크로소프트 CEO 겸 이사회 의장인 사티아 나델라는 “AI로 발전된 추론 기능이 가장 보편적인 사용자 인터페이스인 자연어와 결합돼 새 컴퓨팅 시대를 만들고 있으며, 최근 양자컴퓨팅의 발전으로 가장 다루기 힘든 문제를 해결할 수 있는 확장 가능한 양자 머신에 대한 약속에도 그 어느 때보다 가까워지고 있다”라며, “마이크로소프트는 애저 퀀텀 엘리먼트를 발표하고 처음으로 AI와 양자를 결합함으로써 과학적 발견의 새로운 시대를 열게 됐다”라고 말했다.
 
애저 퀀텀 엘리먼트는 고성능 컴퓨팅(High-performance computing, HPC), AI, 양자컴퓨팅의 최신 혁신 기술을 통합해 과학적 발견을 가속화한다.

과학자와 제품 개발자는 애저 퀀텀 엘리먼트를 통해 R&D 파이프라인을 가속화하고 혁신 제품을 더 빠르게 시장에 출시해 시간과 비용을 줄일 수 있다. 일부 고객은 프로젝트 시작부터 솔루션 출시까지 6개월에서 1주일로 단축 효과를 기대하고 있다. 신소재를 찾는 검색 공간은 수천 개 후보에서 수천만 개로 확장할 수 있으며, 특정 화학 시뮬레이션 속도도 최대 50만 배까지 높일 수 있다. 이는 1년을 1분으로 압축하는 것과 같다.

또한 AI와 HPC로 오늘날 양자 화학 문제를 해결하는 동시에 기존 양자 하드웨어 실험을 지속하고 향후 마이크로소프트의 양자 슈퍼컴퓨터에 대한 우선적인 액세스를 통해 확장된 양자컴퓨팅에도 대비할 수 있다. 연구자들은 이런 포괄적인 시스템을 사용해 전례 없는 규모, 속도, 정확성으로 화학 및 재료 과학을 발전시켜 나갈 수 있다고 업체 측은 설명했다.

규모 면에서 과학자는 애저 퀀텀 엘리먼트를 통해 제품 생산에 필요한 복잡한 반응을 이해하고, 새로운 후보물질을 찾고, 전체 프로세스를 최적화할 수 있다. 예를 들어, 5만 개의 기본 단계로 구성된 복잡한 반응에서 150만 개의 잠재적 구성을 탐색할 수 있다.

속도 면에서는 수백만 개의 화학 및 재료 데이터를 학습한 마이크로소프트의 화학용 AI 모델이 애저 퀀텀 엘리먼트에 통합돼 시뮬레이션이 빨라진다. 이 모델은 생성 AI와 같은 기술을 기반으로 하는데, 코파일럿이 인간의 언어를 이해하는 것처럼 자연의 언어인 화학을 이해한다. 정확도 측면에서는 기존 컴퓨팅과 양자컴퓨팅을 통합해 시뮬레이션 정확도를 훨씬 더 높일 수 있는 진입로를 제공한다.

애저 퀀텀 엘리먼트는 오는 6월 30일 프라이빗 프리뷰로 제공될 예정이다. AI, HPC 및 미래 양자 기술에 대한 마이크로소프트 소프트웨어를 기반으로 화학 및 재료 과학자가 필요로 하는 속도를 지원할 수 있을 것으로 업체 측은 보고 있다.

애저 퀀텀 코파일럿은 과학자가 자연어를 사용해 복잡한 화학 및 재료 과학 문제를 추론할 수 있도록 지원한다. 더 안전하고 지속 가능한 제품을 만들고, 신약 개발을 돕거나 지구상에서 가장 시급한 문제를 해결하는 등 과학적 발견을 혁신하고 가속화하는 것을 목표로 한다.

과학자는 애저 퀀텀 코파일럿을 통해 현재 사용하는 도구와 완전히 통합된 클라우드 슈퍼컴퓨팅, 고급 AI, 양자 패브릭을 기반으로 복잡한 작업을 수행할 수 있다. 코파일럿은 기본적인 계산 및 시뮬레이션 생성, 데이터 쿼리 및 시각화, 복잡한 개념에 대한 가이드 답변 등을 지원한다.

또한 애저 퀀텀 코파일럿은 복잡한 과정을 보다 쉽게 관리하고 누구나 양자, 화학 및 재료 과학을 탐구할 수 있도록 설계됐다. 코파일럿은 양자컴퓨팅 학습과 양자컴퓨터용 코드 작성을 돕는다. 내장된 코드 편집기, 양자 시뮬레이터, 코드 컴파일러를 무료로 사용해 볼 수 있는 통합 브라우저 기반 환경을 제공한다.
 
마이크로소프트는 ▲기초(Foundational) ▲회복탄력(Resilient) ▲확장(Scale)을 포함하는 3가지 범주의 양자컴퓨팅 구현 단계를 소개하고, 6가지 마일스톤으로 구성된 로드맵을 발표했다. 이를 통해 향후 250년의 화학 및 재료 과학 발전을 25년으로 압축할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

먼저 기초 단계(Level-1)는 노이즈가 있는 물리적 큐비트(qubit)에서 실행되는 양자 시스템으로 현재 모든 NISQ (Noisy Intermediate Scale Quantum)가 여기에 포함된다. 회복탄력 단계(Level-2)는 안정적인 논리적 큐비트에서 작동하는 양자 시스템이 해당된다. 마지막 확장 단계(Level-3)는 기존 슈퍼컴퓨터에서 다루지 못한 중요한 문제를 해결할 수 있는 양자 슈퍼컴퓨터 단계다.
 
마이크로소프트는 미국물리학회 저널 상호심사를 거친 데이터를 발표했다. 이에 따르면, 이제 마요라나 준입자를 생성하고 제어할 수 있게 됐다. 이는 마이크로소프트가 하드웨어로 보호되는 새로운 큐비트 엔지니어링을 위한 목표를 잘 수행하고 있음을 보여주며, 양자 슈퍼컴퓨터를 향한 첫 번째 이정표를 달성했음을 의미한다. 마이크로소프트는 앞으로 신뢰할 수 있는 논리적 큐비트를 엔지니어링하고, 그 다음 레벨인 회복탄력 단계와 확장 단계로 나아갈 예정이다.

더불어 마이크로소프트는 슈퍼컴퓨터의 성능을 측정하는 새 기준을 제시했다. 흔히 물리적 또는 논리적 큐비트 단위를 세는 것으로 슈퍼컴퓨터의 성능을 측정하는데, 마이크로소프트는 초당 얼마나 많은 안정적인 연산을 실행할 수 있는지를 측정하는 rQOPS(reliable Quantum Operations Per Second) 메트릭을 제공한다. 이는 큐비트 성능만이 아닌 전체 시스템 성능을 고려하므로 알고리즘이 올바르게 실행될 것이라는 확신한다고 업체 측은 설명했다.
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