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양자기술+AI 결합해 향후 과학 발전 250년이 25년으로 압축

2023.06.23 14:20


"양자기술이 인공지능(AI)와 결합해 향후 과학 발전 250년이 25년으로 압축될 것이다.”


22일 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 AI를 적용한 ‘애저 퀀텀 코파일럿(Copilot in Azure Quantum)’을 소개했다.


사티아 나델라 마이크로소프트 CEO 겸 이사회 의장은 온라인 브리핑을 통해 “AI로 발전된 추론 기능이 가장 보편적인 사용자 인터페이스인 자연어와 결합되어 새 컴퓨팅 시대를 만들고 있으며, 최근 양자컴퓨팅의 발전으로 가장 다루기 힘든 문제를 해결할 수 있는 확장 가능한 양자 머신에 대한 약속에 그 어느 때보다 가까워지고 있다”며, “마이크로소프트는 애저 퀀텀 엘리먼트를 발표하고 처음으로 AI와 양자를 결합함으로써 과학적 발견의 새로운 시대를 열게 됐다”고 밝혔다.


◇ 애저 퀀텀 엘리먼트


애저 퀀텀 엘리먼트는 고성능 컴퓨팅(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.


또한 신소재를 찾는 검색 공간을 극적으로 늘릴 수 있고, 특정 화학 시뮬레이션 속도를 50만 배까지 높일 수 있으며, AI와 HPC로 오늘날 양자 화학 문제를 해결하는 동시에 기존 양자 하드웨어 실험을 지속하고 향후 마이크로소프트의 양자 슈퍼컴퓨터에 대한 우선적인 액세스를 통해 확장된 양자컴퓨팅에 대비할 수 있다.


연구자들은 이 포괄적인 시스템을 사용해 전례 없는 규모, 속도, 정확성으로 화학 및 재료 과학을 발전시켜 나갈 수 있다.


규모면에서 과학자들은 애저 퀀텀 엘리먼트를 통해 제품 생산에 필요한 복잡한 반응을 이해하고, 새로운 후보물질을 찾고, 전체 프로세스를 최적화할 수 있다. 예를 들어, 5만개의 기본 단계로 구성된 복잡한 반응에서 150만개의 잠재적 구성을 탐색할 수 있다.


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


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


◇ 애저 퀀텀 코파일럿


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.


◇ 양자 슈퍼컴퓨터 로드맵


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.



마이크로소프트 양자 슈퍼컴퓨팅 구축 로드맵.


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.


이번 마이크로소프트는 미국물리학회 저널 상호심사를 거친 데이터를 발표했다. 이에 따르면 이제 마요라나(Majorana) 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 확신을 제공한다.


마이크로소프트 기준에 따르면, 오늘날 산업은 아직 NISQ에 해당되므로, 모두 rQOPS가 0인 기초 단계에 있다. 최초의 양자 슈퍼컴퓨터는 최소 100만 rQOPS를 필요로 할 것으로 보이며, 중대한 화학 및 재료 과학 문제를 해결하기 위해서는 이를 10억 이상으로 확장해야 한다.


김민구 기자






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