유의사항
본 글은 2026년 8월 21일 기준 공개된 IBM의 양자컴퓨팅 관련 발표와 자료를 바탕으로 작성되었습니다. DANA NOTES의 분석이 함께 포함되어 있습니다.
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이 글에서 다루는 내용
먼저 알아둘 용어
- 극저온 시스템(Cryogenic System) — 양자 프로세서처럼 매우 낮은 온도에서 작동하는 장치를 냉각하고 안정적인 환경을 유지하는 시스템입니다.
- 피델리티(Fidelity) — 양자 상태의 전달이나 연산이 목표한 상태에 얼마나 가깝게 이루어졌는지를 나타내는 정확도 지표입니다.
- 논리 큐비트(Logical Qubit) — 여러 물리적 큐비트를 오류보정 기술로 묶어 하나의 안정적인 계산 단위로 사용하는 큐비트입니다.
- L-coupler — IBM이 서로 떨어진 양자 프로세서를 연결하기 위해 개발하고 있는 마이크로파 기반 연결 기술입니다.
IBM의 양자컴퓨터는 냉각부터 시작한다
IBM은 초전도 큐비트(Superconducting Qubit) 방식의 양자 프로세서를 개발하고 있습니다.
초전도 큐비트는 열과 주변 환경의 영향을 크게 받기 때문에 절대영도에 가까운 극저온 환경에서 작동합니다. IBM의 양자 프로세서는 희석냉동기(Dilution Refrigerator) 안에서 약 15mK, 섭씨로 약 -273.135°C 수준까지 냉각됩니다.
양자칩은 냉각 시스템에서 가장 낮은 온도 영역에 위치합니다. 그 주변에는 여러 온도 단계가 구성되고, 제어장치의 상당 부분은 더 높은 온도 영역이나 실온에서 작동합니다.
IBM은 2026년 8월 19일 두 개의 극저온 모듈을 연결해 하나의 초저온 환경으로 냉각하는 데 성공했다고 발표했습니다.
두 모듈은 함께 5일 이내에 4K까지 냉각된 뒤 최종적으로 15mK 미만까지 내려갔습니다. 새로운 모듈은 기존 IBM 양자 시스템을 기준으로 최대 12배 규모의 배선 공간을 확보하도록 설계됐습니다. IBM은 이 구조를 수백 개의 양자칩을 연결할 수 있는 시스템으로 확장할 계획입니다.
이번 기술에서 중요한 부분은 극저온 안에 있는 많은 양자칩을 어떻게 연결하고 제어할 것인가에 있습니다.
냉각기 안의 양자칩은 외부 장치와 계속 연결된다
양자칩이 계산하려면 외부에서 제어 신호를 받아야 합니다. 계산 결과를 확인하기 위한 측정 신호도 다시 외부 장치로 전달됩니다.
IBM의 초전도 양자컴퓨터에서는 마이크로파 신호가 배선을 따라 극저온 환경 안으로 들어갑니다. 양자칩에서 나온 측정 신호도 배선을 통해 밖으로 전달됩니다.
구조를 간단하게 표현하면 다음과 같습니다.
제어장치 → 배선 → 양자칩 → 배선 → 측정·제어장치
여러 양자칩이 함께 계산할 때는 양자칩과 양자칩 사이의 연결도 필요합니다.
양자 프로세서의 성능은 이러한 연결 구조와 함께 실제 시스템 성능으로 이어집니다. 제어 신호가 안정적으로 전달되고, 여러 프로세서가 필요한 정보를 주고받을 수 있어야 계산을 계속할 수 있습니다.
이 구조는 우리가 사용하는 USB에서도 쉽게 이해할 수 있습니다.
USB 3.0 장치도 연결 환경이 2.0이면 사용할 수 있는 속도가 제한된다
USB 3.0을 지원하는 저장장치를 가지고 있다고 가정해 보겠습니다.
컴퓨터의 포트가 USB 2.0이고 중간의 USB 허브도 USB 2.0이라면 실제 데이터 전송은 그 연결 환경의 영향을 받습니다.
장치의 성능을 활용하려면 데이터를 주고받는 경로도 그 성능을 지원해야 합니다.
양자컴퓨터에서도 양자 프로세서와 연결 환경이 함께 움직입니다.
제어 신호가 배선을 통해 들어가고 계산 결과가 다시 밖으로 나오며, 여러 양자칩을 사용할 때는 프로세서 사이에서도 정보가 이동합니다.
IBM의 초전도 양자컴퓨터에서는 이 연결이 절대영도에 가까운 냉각 시스템 안까지 이어집니다.
1,121큐비트에서는 냉동기 안의 배선만 1마일을 넘었다
IBM이 2023년 공개한 Condor는 1,121개의 초전도 큐비트를 집적한 양자 프로세서입니다.
Condor를 위한 하나의 희석냉동기 안에는 1마일이 넘는 고밀도 극저온 입출력 배선이 들어갔습니다. 약 1.6km 규모의 배선이 하나의 냉각 시스템 안에 구성된 것입니다.
이 배선은 양자칩에 신호를 보내고 결과를 읽어오는 역할을 합니다.
동시에 실온과 극저온 영역을 연결하기 때문에 열이 이동하는 경로가 될 수 있습니다. 마이크로파 신호를 전달하는 과정에서는 신호 감쇠와 전자기적 노이즈, 주변 신호와의 간섭도 관리해야 합니다.
큐비트 수가 증가하면서 양자칩을 냉각하고 제어하고 연결하기 위한 인프라의 규모도 함께 커집니다.
Condor는 IBM이 단일 칩에서 1,000개가 넘는 큐비트를 구현한 사례인 동시에, 이 정도 규모에서 필요한 극저온 배선과 제어 환경이 어느 정도까지 커지는지도 보여줬습니다.
하나의 양자칩을 계속 키우기 어려워 IBM은 모듈화를 선택했다
IBM은 대규모 양자컴퓨터를 위해 여러 양자 프로세서를 연결하는 구조를 개발하고 있습니다.
큐비트가 증가하면 칩 면적, 제조 수율, 패키징, 신호 입출력과 배선에 필요한 자원도 함께 증가합니다. 반도체 제조장비가 처리할 수 있는 크기와 생산 과정에서 확보해야 하는 수율도 시스템 확장에 영향을 줍니다.
IBM Research는 대규모 초전도 양자 시스템의 확장에서 반도체 제조장비, 제조 수율과 신호 전달을 주요 기술 조건으로 설명하고 있습니다.
IBM은 이에 따라 일정 규모의 양자 프로세서를 여러 개 구성하고, 이 프로세서들을 연결해 전체 계산 시스템을 키우는 방향을 추진하고 있습니다.
구조를 간단하게 표현하면 다음과 같습니다.
양자칩 + 양자칩 + 양자칩 → 하나의 더 큰 양자 시스템
양자칩이 여러 개로 구성되면 이들을 수용하는 극저온 환경도 같은 구조로 확장할 수 있어야 합니다.
IBM이 이번에 극저온 시스템까지 모듈화한 이유입니다.
필요한 규모에 따라 양자 프로세서와 극저온 모듈을 추가하면서 전체 시스템을 확장하는 구조를 만들고 있습니다.
모듈화와 함께 ‘연결’이라는 기술 과제가 커진다
여러 양자칩과 극저온 모듈을 연결하면 프로세서 사이에서 양자정보가 이동하는 구간이 생깁니다.
이 구간에서는 신호 손실, 열잡음, 전자기적 노이즈와 주변 신호의 간섭이 양자정보에 영향을 줄 수 있습니다.
일반적인 디지털 통신에서도 신호 감쇠와 노이즈가 발생합니다. 디지털 시스템은 0과 1을 판별하고 오류검출, 오류정정과 재전송 기술을 이용해 데이터를 안정적으로 전달하도록 발전해 왔습니다.
양자컴퓨터에서는 큐비트의 중첩과 위상 같은 양자 상태 자체가 계산 정보로 사용됩니다.
양자정보가 연결 구간을 이동하면서 열잡음이나 전자기적 노이즈의 영향을 받거나 신호가 손실되고 간섭이 발생하면 원래의 양자 상태가 변할 수 있습니다. 이 변화는 계산 오류로 이어집니다.
임의의 양자 상태는 측정 과정에서도 상태가 달라질 수 있으며, 같은 상태를 그대로 복제하는 방식도 사용할 수 없습니다.
따라서 양자 프로세서 사이의 연결에서는 전송 속도와 함께 노이즈·신호 손실·간섭으로 발생하는 정보 훼손을 얼마나 줄일 수 있는가가 중요한 기술 조건입니다.
USB의 구조를 다시 떠올리면 이해하기 쉽습니다.
USB 3.0 장치의 성능을 활용하려면 포트와 허브가 충분한 속도를 지원해야 합니다. 양자컴퓨터에서는 여기에 케이블과 연결 장치를 지나는 동안 노이즈와 신호 손실로 정보가 훼손되는 상황까지 관리해야 합니다.
IBM은 모듈 사이의 정보손실을 줄이는 기술도 개발하고 있다
IBM은 서로 떨어진 양자 프로세서를 연결하기 위해 L-coupler를 개발하고 있습니다.
2025년 IBM Research는 약 60cm 길이의 마이크로파 연결을 이용해 서로 다른 모듈 사이에서 양자 상태를 전달한 실험 결과를 발표했습니다.
양자 상태 전달의 정확도를 나타내는 state-transfer fidelity는 **98.8%**였습니다.
두 모듈에 걸쳐 하나의 CNOT 연산을 수행한 remote CNOT gate fidelity는 **93.3%**였습니다.
60cm의 연결에서도 IBM은 신호 도착 여부와 함께 양자정보가 어느 정도 정확하게 전달됐는지를 측정하고 있습니다.
IBM은 이전 실험에서도 최대 약 1m 길이의 연결을 이용해 두 개의 양자칩 사이에서 CNOT 연산을 구현했습니다. 당시 시험 장치에서는 약 235ns의 연산시간과 3.5%의 게이트 오류율이 측정됐습니다.
여러 양자칩과 여러 모듈이 연결되면 이런 연결 구간도 증가합니다.
각 연결에서 발생하는 오류를 낮은 수준으로 유지하는 기술이 모듈식 양자컴퓨터의 확장성을 좌우하는 중요한 요소가 됩니다.
IBM은 양자칩과 냉각 시스템을 함께 모듈화하고 있다
IBM이 2026년 8월 공개한 새로운 극저온 시스템은 여러 모듈을 연결할 수 있는 구조로 설계됐습니다.
두 개의 극저온 모듈을 하나의 공유된 초저온 환경으로 연결했고, 앞으로 여러 모듈 안에 양자 프로세서를 배치해 하나의 더 큰 양자컴퓨터로 구성할 계획입니다.
IBM은 2026년 후반 Nighthawk 프로세서를 새로운 극저온 모듈에 설치해 실제 운영 시험을 확대할 예정입니다.
2027년에는 L-coupler를 이용해 여러 프로세서를 연결한 최소 1,000개의 programmable qubits 규모 시스템을 목표로 하고 있습니다.
Starling 단계에서는 각 극저온 모듈에 수천 개의 큐비트를 수용하는 구조를 계획하고 있습니다.
이번 시험에서는 여러 극저온 모듈을 하나의 환경으로 연결하고 목표 온도까지 냉각할 수 있다는 점이 확인됐습니다.
다음 단계에서는 실제 양자 프로세서를 설치하고, 모듈 사이의 연결이 추가된 상태에서도 냉각과 연산 정확도를 안정적으로 유지하는지를 확인하게 됩니다.
이 도전은 오류보정 양자컴퓨터로 가기 위한 기반이다
IBM은 2029년 IBM Quantum Starling 구축을 목표로 하고 있습니다.
Starling은 200개의 논리 큐비트에서 1억 개의 양자 게이트로 구성된 회로를 실행할 수 있는 대규모 오류보정 양자컴퓨터를 목표로 합니다.
논리 큐비트는 여러 물리적 큐비트가 함께 작동하면서 오류를 지속적으로 확인하고 보정하는 구조입니다.
이 과정에는 많은 양자칩을 극저온 상태로 유지하는 냉각 시스템, 각 프로세서에 신호를 전달하는 제어 환경, 프로세서 사이에서 양자정보를 전달하는 연결 기술이 함께 필요합니다.
IBM의 이번 극저온 모듈 실험은 이러한 물리적 기반을 확장하는 과정입니다.
양자 프로세서의 모듈화, 냉각 시스템의 모듈화, 프로세서 사이의 연결 기술이 하나의 구조로 결합돼야 대규모 오류보정 양자컴퓨터로 이어질 수 있습니다.
양자컴퓨팅의 경쟁 범위도 칩 밖으로 넓어진다
IBM은 2026년 6월 향후 5년 동안 양자컴퓨팅에 100억 달러 이상을 추가 투자한다고 발표했습니다.
투자 범위에는 연구개발, 설비투자, 제조 확대, 생태계 파트너십과 전략적 인수가 포함됩니다.
IBM의 양자컴퓨팅 로드맵을 보면 대규모 시스템을 구성하는 기술 영역도 함께 넓어지고 있습니다.
극저온 장비, 고밀도 배선, 마이크로파·RF 부품, 제어 전자장치, 패키징과 프로세서 간 인터커넥트가 하나의 양자컴퓨터 안에서 함께 작동합니다.
IBM Quantum System Two도 확장 가능한 극저온 인프라, 일반 컴퓨터 기반의 런타임 서버와 모듈식 제어 전자장치를 하나의 시스템으로 구성하고 있습니다.
양자컴퓨터가 대형화되면서 양자칩과 주변 인프라를 하나의 시스템으로 설계하고 통합하는 역량도 산업 경쟁력을 구성하는 요소로 커지고 있습니다.
DANA NOTES 해설
IBM의 모듈화 전략에서 핵심은 확장 가능한 단위를 만드는 것입니다.
양자칩과 극저온 환경을 일정 규모의 모듈로 구성하면 필요한 계산 규모에 따라 모듈을 추가하는 방식으로 시스템을 설계할 수 있습니다.
이 구조가 실제 성능 확장으로 이어지려면 모듈 하나가 추가될 때 계산 자원도 함께 증가해야 합니다. 동시에 연결 구간에서 발생하는 노이즈와 신호 손실, 연산 오류를 일정 수준 안에서 관리해야 합니다.
따라서 IBM의 모듈형 양자컴퓨터에서는 모듈을 추가했을 때 얻는 계산 능력과 연결 과정에서 발생하는 오류가 함께 중요한 지표가 됩니다.
이 기술이 안정화되면 양자컴퓨터의 확장 방식도 하나의 거대한 칩을 중심으로 설계하는 구조에서 여러 프로세서와 극저온 모듈을 조합하는 시스템 구조로 발전할 수 있습니다.
IBM의 이번 극저온 모듈 시험은 이러한 확장 구조를 실제 장비에서 검증하기 시작했다는 점에서 의미가 있습니다.
앞으로 확인해야 할 변수
가장 가까운 확인 대상은 2026년 후반 Nighthawk 프로세서를 새로운 극저온 모듈에 설치한 이후의 실제 운영 결과입니다.
극저온 모듈을 연결한 상태에서 양자 프로세서가 안정적으로 작동하는지, 배선과 제어 구조가 늘어나도 목표 온도를 유지할 수 있는지가 첫 번째 확인 대상입니다.
다음으로는 L-coupler의 피델리티와 프로세서 간 연산 오류율을 확인할 필요가 있습니다. 현재 수십 cm에서 미터급으로 시험되는 연결 기술이 여러 프로세서와 여러 모듈로 확대된 환경에서도 낮은 오류율을 유지하는지가 중요합니다.
2027년 최소 1,000 programmable qubits 규모의 다중 프로세서 시스템과 2029년 Starling의 200 logical qubits·1억 quantum gates가 구현되는 과정에서 IBM의 모듈식 구조가 실제 계산 성능으로 얼마나 안정적으로 이어지는지 확인할 수 있을 것입니다.
