양자 컴퓨팅의 새로운 지평: LLM 기반 자동화된 양자 회로 설계

중국과학원 연구팀이 LLM을 활용한 자동화된 양자 회로 설계 프레임워크 FunSearch를 개발, 기존 변분 양자 알고리즘의 한계를 극복하고 실제 양자 하드웨어에서의 실용성을 입증했습니다. 이는 확장 가능한 양자 시뮬레이션을 위한 획기적인 성과입니다.

중국과학원 연구팀(Qing-Hong Cao 외)이 발표한 최신 논문 "Quantum State Preparation via Large-Language-Model-Driven Evolution"은 양자 컴퓨팅 분야에 혁신적인 전기를 마련할 가능성을 제시합니다. 이 연구는 대규모 언어 모델(LLM) 을 활용하여 양자 회로 설계를 자동화하는 새로운 프레임워크인 FunSearch를 선보였습니다.

기존의 변분 양자 알고리즘은 경직성, 확장성의 한계, 그리고 전문가의 높은 의존성이라는 문제점을 가지고 있었습니다. 하지만 FunSearch는 이러한 문제점들을 극복하고, 하드웨어 효율적인 앙자츠(ansatz) 를 자동으로 설계합니다. 이는 시스템 크기와 무관하게 일정한 수의 변분 파라미터를 유지하며, 확장성을 크게 향상시키는 획기적인 성과입니다.

연구팀은 Ising 및 XY 스핀 체인을 대상으로 9개 큐비트 시스템에서 FunSearch를 테스트하여 단 4개의 파라미터만을 사용하여 시스템 크기에 걸쳐 정확한 에너지 외삽을 달성했습니다. 더 나아가, Zuchongzhi 칩과 같은 실제 양자 하드웨어에서의 구현을 통해 실용성을 입증하였습니다. 특히, 20개 큐비트에 이르는 대규모 스핀 체인 시스템에서 제로-노이즈 외삽법을 통해 양자 게이트 노이즈를 효과적으로 완화하는 데 성공했습니다.

FunSearch는 알고리즘 설계와 실험적 제약 조건을 연결하는 다리를 놓았습니다. 이는 기존의 양자 아키텍처 탐색 프레임워크를 보완하며, 확장 가능한 양자 시뮬레이션을 위한 중요한 발걸음이 될 것으로 기대됩니다. 이 연구는 LLM의 활용 범위를 양자 컴퓨팅 영역으로 확장시키고, 더욱 강력하고 효율적인 양자 알고리즘의 개발을 가속화할 것으로 전망됩니다.

결론적으로, 이 연구는 LLM을 기반으로 한 자동화된 양자 회로 설계의 가능성을 성공적으로 입증하였으며, 양자 컴퓨팅 분야의 발전에 크게 기여할 것으로 예상됩니다. 앞으로 FunSearch와 같은 자동화된 프레임워크의 발전은 더욱 복잡한 양자 시스템을 효율적으로 시뮬레이션하고 제어하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.