[CBC뉴스] 아이온큐(IonQ·NYSE: IONQ)가 시놉시스(Synopsys)와 함께 진행한 연구에서 양자 알고리즘을 기존 엔지니어링 소프트웨어에 결합해 복잡한 산업 설계 시뮬레이션 시간을 최대 14.6% 단축한 초기 연구 결과를 공개했다.

이번 연구는 하이브리드 양자컴퓨팅이 기존 슈퍼컴퓨터가 처리하는 대규모 연산 과정의 병목 현상을 줄일 가능성을 보여줬다는 점에서 주목된다. 해당 논문은 캐나다 토론토에서 열리는 'IEEE Quantum Week 2026'에서 1위 베스트 페이퍼 어워드(1st Place Best Paper Award)를 수상했다.

자동차부터 센서, 원자로에 이르기까지 다양한 제품을 개발하는 기업들은 실제 물리 환경에서 제품이 어떻게 작동하는지를 예측하기 위해 시뮬레이션을 활용한다.

가상 충돌시험이나 공기역학 분석처럼 규모가 큰 시뮬레이션의 경우 수억 개의 변수가 포함된 방대한 연립방정식을 풀어야 해 상당한 컴퓨팅 자원이 필요하다. 시뮬레이션 구성 방식에 따라 기존 컴퓨터에서는 불필요한 추가 계산이 발생할 수 있으며, 이는 메모리 사용량 증가와 처리시간 지연으로 이어진다.

시뮬레이션 소프트웨어는 이러한 문제를 줄이기 위해 계산에 앞서 방정식을 효율적으로 재배열한다. 아이온큐와 시놉시스 연구진은 이번 연구에서 고급 양자 알고리즘을 시놉시스의 산업용 'Ansys LS-DYNA' 시뮬레이션 소프트웨어에 직접 결합했다.

기존 방식처럼 최적의 계산 구성을 찾기 위해 반복적인 시행착오를 거치는 대신 양자 시스템을 이용해 데이터를 효율적으로 배열하는 방법을 신속하게 찾아 불필요한 계산을 줄이는 방식이다.

논문 공동 저자인 마틴 뢰텔러(Martin Roetteler) 아이온큐 양자 솔루션 부문 부사장 겸 테크니컬 펠로우는 "제트엔진이나 자동차 충돌시험을 위한 엔지니어링 시뮬레이션은 매우 큰 규모의 기존 컴퓨팅 클러스터를 수일간 가동해야 한다"며 "고급 양자 알고리즘을 핵심 작업 과정에 적용함으로써 전체 시뮬레이션 시간을 최대 14.6% 줄였다"고 밝혔다.

이어 "복잡한 데이터 정리 작업은 시뮬레이션을 시작할 때 한 번만 수행하면 되기 때문에 이후 계산 과정에서 시간 절감 효과가 반복적으로 나타난다"며 "산업 사용자 입장에서는 더 빠른 문제 해결과 컴퓨팅 비용 절감, 에너지 소비 감소로 이어질 수 있다"고 설명했다.

이번 연구는 아이온큐와 시놉시스 연구진이 앞서 진행했던 연구를 한 단계 확장한 것이다.

연구진은 자동차와 산업용 드릴 부품, 유체 임펠러, 제트엔진 어셈블리 등 복잡한 디지털 모델을 대상으로 하이브리드 양자컴퓨팅 워크플로를 시험했다. 연구에 사용된 메시(mesh)는 최대 3500만 개의 개별 데이터 포인트로 구성됐다.

수치 시뮬레이션에는 최대 150큐비트가 사용됐으며, 실제 양자 하드웨어에서의 실행 가능성은 아이온큐의 36큐비트 포르테(Forte) 트랩트이온 양자컴퓨터를 통해 검증했다.

시험 대상이 된 모든 산업 모델에서 양자컴퓨팅을 활용한 정렬 방식은 실행시간을 최소 5.9% 줄이는 결과를 나타냈다. 복잡한 동적 시뮬레이션에서는 전체 처리시간이 최대 14.6% 감소했다.

이를 일주일 규모의 연산 작업에 적용하면 절감 효과가 보다 분명해진다. 기존 슈퍼컴퓨터에서 쉬지 않고 7일 동안 수행해야 하는 대규모 디지털 스트레스 테스트의 경우 약 하루에 해당하는 연산시간을 줄일 수 있다는 설명이다.

프리스 배너지(Prith Banerjee) 시놉시스 혁신 부문 수석부사장은 "아이온큐와 함께 양자컴퓨터와 하이브리드 시뮬레이션 워크로드 개발을 진전시키면서 엔지니어링 설계와 최적화의 새로운 가능성을 모색하고 있다"고 밝혔다.

그는 "양자컴퓨터는 예측 정확도를 높이면서 대규모 시뮬레이션 작업을 크게 가속할 잠재력을 갖고 있다"며 "NISQ(노이즈가 있는 중간 규모 양자) 시대에 실현 가능한 기술적 돌파구에 집중하면 완전한 오류보정 양자컴퓨팅 시대에 대비하는 동시에 가까운 시일 내 고객들에게 양자컴퓨팅의 일부 잠재력을 제공할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 논문의 제목은 'End-to-end Performance of Quantum-Accelerated Large-Scale Linear Algebra Workflows'다.

해당 논문은 9월 13일부터 18일까지 캐나다 토론토에서 개최되는 IEEE Quantum Week 2026에 채택된 아이온큐 연구논문 9편 가운데 하나다.

이번 연구 결과는 양자컴퓨터가 기존 컴퓨터를 완전히 대체하는 방식이 아니라 산업 현장에서 사용되는 기존 소프트웨어와 결합해 특정 연산 과정을 가속하는 '하이브리드 양자컴퓨팅'의 활용 가능성을 보여준 사례라는 점에서 관심을 끈다.

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▮ CBC뉴스ㅣCBCNEWS 권오성 기자