최근 양자 컴퓨팅은 분자 연구, 대규모 슈퍼컴퓨터 배치, 새로운 학술 프로그램을 통한 양자 분야 인재 구축 등 다양한 방면에서 진보하고 있죠.
캐나다와 미국의 연구원들은 거대 언어 모델(LLM)을 사용해 과학자들의 분자 탐구에 도움이 되는 양자 시뮬레이션을 단순화했습니다.
연구팀을 이끈 토론토 대학교(University of Toronto)의 화학 및 컴퓨터 사이언스 교수인 알란 아스푸루구직(Alan Aspuru-Guzik)은 “이 새로운 양자 알고리즘은 양자 알고리즘과 머신 러닝을 결합하는 새로운 길을 열었다”고 말했습니다.
이 연구에는 GPU와 CPU, QPU 양자 시스템 사용을 위한 하이브리드 프로그래밍 모델인 CUDA-Q가 사용됐습니다. 연구팀은 NVIDIA H100 GPU 슈퍼컴퓨터인 Eos에서 연구를 진행했습니다.
해당 연구를 통해 개발된 소프트웨어는 헬스케어, 화학과 같은 분야의 연구자들을 위해 사용될 전망입니다. 아스푸루구직 교수는 3월 19일에 진행된 GTC 강연에서 이 연구에 대해 자세히 설명했습니다.
사기 사건 탐지를 위한 퀀텀 스케일
세계 최대 은행 중 하나인 HSBC의 연구원들은 디지털 결제에서 발생하는 사기 사건을 탐지할 수 있는 양자 머신 러닝 애플리케이션을 설계했습니다.
HSBC의 양자 머신 러닝 알고리즘은 NVIDIA GPU를 사용해 무려 165큐비트(qubit)로 시뮬레이션을 할 수 있는데요. 일반적으로 연구 논문에 사용되는 큐비트는 양자 컴퓨팅에서 데이터를 처리하는 기본 계산 단위인 40 큐비트 정도입니다.
HSBC는 대규모 양자 회로 시뮬레이션의 난제를 극복하기 위해 NVIDIA GPU에서 CUDA-Q과 cuTensorNet 소프트웨어로 구현된 머신 러닝 기술을 사용했습니다. HSBC의 양자 컴퓨팅 연구 과학자인 메케나 메트칼프(Mekena Metcalf)는 GTC 세션에서 자신의 연구를 발표합니다.
양자 전문가 양성하기
NVIDIA는 교육 분야에서 약 20개의 대학과 협력해 양자 시대를 대비한 차세대 컴퓨터 사이언티스트를 양성하고 있습니다. 이러한 협업을 통해 CUDA-Q을 중심으로 커리큘럼과 교재도 개발할 예정이죠.
카네기 멜론 대학교(Carnegie Mellon University)의 연구 담당 부사장인 테레사 메이어(Theresa Mayer)는 “기존 컴퓨터와 양자 시스템 간의 격차를 해소하는 일은 컴퓨팅의 미래를 위해 중요하다”고 말했는데요. “NVIDIA는 카네기 멜론 대학을 비롯한 고등 교육 기관과 협력해 학생과 연구자들이 이 새로운 하이브리드 환경을 탐색하고 자신의 뛰어난 역량을 발휘할 수 있도록 지원하고 있습니다.”
NVIDIA는 지난 2월에 현직 개발자들이 최신 툴을 직접 사용해 볼 수 있도록 열린 해커톤 행사 Q핵(QHack)을 공동 후원했는데요. 여기서 우승한 프로젝트는 인도 구르가온(Gurgaon)에 있는 양자 회사인 큐크리시(Qkrishi)의 고페쉬 다할레(Gopesh Dahale)가 개발했습니다. 이 프로젝트에는 향상된 배터리 설계에 중요한 소재를 시뮬레이션하는 알고리즘을 개발하기 위해 CUDA-Q이 사용됐습니다.
세 개의 새로운 시스템
새롭게 구축되는 두 개의 시스템이 하이브리드 양자-클래식 컴퓨팅 에코시스템을 더욱 확장합니다.
두 개의 시스템 중에서 일본 산업기술총합연구소(AIST)의 ABCI-Q는 양자 컴퓨팅 연구를 위해 사용되는 가장 큰 규모의 슈퍼컴퓨터 중 하나가 될 예정입니다. 이 슈퍼컴퓨터는 NVIDIA H100 GPU의 CUDA-Q을 통해 이 분야의 발전을 위한 국가적 차원의 노력에 기여할 것으로 기대되죠.
덴마크에서는 노보 노디스크 재단(Novo Nordisk Foundation)이 NVIDIA DGX SuperPOD의 도입을 선도할 예정입니다. 이 중 상당 부분이 국가 차원의 기술 발전 계획에 따라 양자 컴퓨팅 연구에 투입될 계획이죠.
호주의 퍼시 슈퍼컴퓨팅 연구 센터(Pawsey Supercomputing Research Centre)는 새로운 시스템을 도입하는데요. 지난 2월 이 연구센터의 국립 슈퍼컴퓨팅 및 양자 컴퓨팅 혁신 허브에서 NVIDIA Grace Hopper Superchips으로 CUDA-Q을 실행할 것이라고 발표한 바 있습니다.
CUDA-Q의 발전을 이끄는 파트너들
또 다른 소식으로는 이스라엘의 스타트업 클래식(Classiq)이 GTC에서 CUDA-Q 기술과 새롭게 결합한다는 계획을 발표했습니다. 클래식의 양자 회로 합성 기술은 고수준의 기능적 모델을 사용해 최적화된 양자 프로그램을 자동으로 생성할 수 있는데요. 이를 통해 연구자들은 오늘날의 양자 하드웨어를 최대한 활용하고, 미래 알고리즘에 대한 작업 규모를 확장할 수 있습니다.
소프트웨어와 서비스 제공업체인 큐씨웨어(QC Ware)는 자사의 양자 화학 패키지인 프로메튬(Promethium)을 최근 발표된 NVIDIA Quantum Cloud와 통합하고 있습니다.
영국 양자 시스템 개발사인 ORCA 컴퓨팅(ORCA Computing)은 CUDA-Q으로 자사의 포토닉스 프로세서에서 양자 머신 러닝을 실행한 결과에 대해 발표했습니다. 또한 ORCA 컴퓨팅은 영국의 국립 양자 컴퓨팅 센터(National Quantum Computing Centre)의 양자 컴퓨팅 시험 환경 구축과 공급업체로 선정돼, CUDA-Q을 사용하는 NVIDIA GPU 클러스터를 포함할 예정입니다.
NVIDIA와 양자 기술 선도업체인 인플렉션(Infleqtion)은 파트너십을 맺고, NVIDIA 기반 슈퍼스택(Superstaq) 소프트웨어로 유럽 최대 규모의 사이버 방어 훈련에 최첨단 양자 기반 솔루션을 제공합니다.
또한 양자 컴퓨팅을 위한 클라우드 기반 플랫폼인 큐브레이드(qBraid)가 개발자 환경에 CUDA-Q을 통합하고 있습니다. 미국 캘리포니아에 본사를 둔 블루큐빗(BlueQubit)은 블로그에서 자사의 연구와 GPU 서비스에 사용되는 NVIDIA의 양자 기술이 어떻게 GPU에서 가장 빠르고 가장 큰 양자 에뮬레이션(emulation)을 제공하는지 설명했습니다.
GTC에서 만나는 양자 컴퓨팅의 미래
글로벌 AI 콘퍼런스인 NVIDIA GTC가 3월 18일부터 21일까지 새네제이 컨벤션 센터에서 진행됩니다. NVIDIA가 양자 컴퓨팅을 발전시키는 방법에 대한 세션과 전문가 패널에 참여해보세요.
NVIDIA 창립자 겸 CEO인 젠슨 황(Jensen Huang)의 GTC 키노트에서는 전체적인 비전도 확인할 수 있습니다!