NVIDIA, 하이브리드 양자-클래식 시스템용 최초의 오픈소스 양자 AI 모델 'Ising' 공개
NVIDIA가 연구진과 기업이 실질적인 애플리케이션을 구동할 수 있는 양자 프로세서를 구축하도록 돕기 위해 세계 최초의 오픈소스 양자 AI 모델 패밀리인 'NVIDIA Ising'을 출시했습니다. 이 모델은 AI를 활용해 양자 컴퓨팅의 핵심 병목 현상인 하드웨어 교정과 실시간 오류 정정을 자동화하여, 기존 대비 처리 속도는 최대 2.5배, 정확도는 3배 향상시켰습니다. 이미 아이비리그, 국책 연구소, 연세대학교 등을 포함한 수많은 글로벌 기관이 이 기술을 실제 도입하며 양자 컴퓨팅의 실용화를 크게 앞당기고 있습니다.
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양자 컴퓨팅은 수년간 늘 '미래의 기술'이라는 수식어가 붙어 있었습니다. 하드웨어는 발전했고, 연구는 축적되었으며, 벤처 자본도 뒤따랐지만, 실험실에서 돌아가는 양자 프로세서와 실제 현실 세계의 애플리케이션을 구동하는 프로세서 사이의 간극은 좀처럼 좁혀지지 않았습니다.
NVIDIA는 연구원과 기업이 유용한 애플리케이션을 실행할 수 있는 양자 프로세서를 구축하는 데 도움을 주기 위해 특별히 설계된 세계 최초의 오픈 양자 AI 모델 패밀리인 'NVIDIA Ising'을 출시하며 이 격차를 줄이고자 나섰습니다.
Ising이 해결하고자 하는 핵심 문제는 바로 이것입니다. 양자 컴퓨터는 극도로 민감합니다. 연산의 기본 단위인 큐비트(Qubit)는 환경적 노이즈의 영향을 너무나 쉽게 받아 연산 과정에서 오류가 빠르게 누적됩니다. 양자 프로세서에서 의미 있는 작업을 수행하려면 먼저 두 가지가 원활하게 작동해야 합니다. 바로 캘리브레이션(하드웨어가 올바르게 튜닝되고 작동하는지 확인)과 오류 정정(실시간으로 발생하는 오류를 감지하고 수정)입니다. 역사적으로 이 두 가지는 모두 수동으로 이루어졌고, 속도가 느리며 확장하기가 매우 어려웠습니다. NVIDIA는 AI가 이 두 가지를 모두 자동화할 수 있을 것이라고 판단하고 있습니다.
Ising 모델 패밀리에 실제로 포함된 것은 무엇일까요?
NVIDIA Ising은 'Ising Calibration'과 'Ising Decoding'이라는 두 가지 개별 구성 요소로 이루어져 있습니다.
Ising Calibration은 멀티모달 AI를 다뤄본 사람에게 익숙한 비전 언어 모델(Vision Language Model)로, 양자 프로세서의 측정값을 빠르게 해석하고 반응하도록 설계되었습니다. 양자 하드웨어의 진단 데이터를 지속적으로 모니터링하고 시스템이 최적으로 작동하도록 자율적으로 조정하는 AI 에이전트라고 생각하시면 됩니다. 이를 통해 AI 에이전트가 지속적인 캘리브레이션을 자동화하여 필요한 시간을 며칠에서 몇 시간으로 단축할 수 있습니다. 이는 사소한 속도 향상이 아닙니다. 양자 하드웨어 개발에서 실험 사이의 며칠간의 캘리브레이션 시간은 주요 병목 현상 중 하나입니다.
Ising Decoding은 각기 다른 트레이드오프에 최적화된 두 가지 변형을 가진 3D 합성곱 신경망(3D CNN) 모델로 제공됩니다. 하나는 속도에 맞춰 튜닝되었고 다른 하나는 정확도에 맞춰 튜닝되었습니다. 이 모델들은 양자 오류 정정을 위한 실시간 디코딩을 수행합니다. 신호 처리나 시퀀스 모델링을 다뤄본 적이 있다면 오류 정정 디코딩은 개념적으로 이와 유사합니다. 즉, 노이즈가 있는 관측치가 주어졌을 때 시스템의 '올바른' 상태가 무엇이어야 하는지를 추론하는 것입니다. Ising Decoding 모델은 현재 오픈소스 업계 표준인 pyMatching보다 최대 2.5배 빠르고 3배 더 정확합니다.
이미 움직이고 있는 생태계
Ising Calibration은 이미 Atom Computing, 중앙연구원(Academia Sinica), EeroQ, Conductor Quantum, 페르미 국립 가속기 연구소, 하버드 존 A. 폴슨 공학응용과학대학원, Infleqtion, IonQ, IQM Quantum Computers, 로렌스 버클리 국립 연구소의 첨단 양자 테스트베드, Q-CTRL 및 영국 국립 물리 연구소(NPL)에서 사용되고 있습니다.
Ising Decoding은 코넬 대학교, EdenCode, Infleqtion, IQM Quantum Computers, Quantum Elements, 샌디아 국립 연구소, SEEQC, 캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스(UC 샌디에이고), UC 산타바버라, 시카고 대학교, 서던캘리포니아 대학교(USC) 및 연세대학교에 배포되고 있습니다.
이는 여러 큐비트 방식에 걸쳐 국가 연구소, 아이비리그 기관 및 상업용 양자 하드웨어 기업을 아우르는 매우 광범위한 첫날(Day-one) 도입 사례입니다.
NVIDIA의 양자 스택에 어떻게 부합하는가
NVIDIA Ising은 하이브리드 양자-클래식 컴퓨팅을 위한 NVIDIA의 소프트웨어 플랫폼인 CUDA-Q를 보완하며, 실시간 제어 및 양자 오류 정정을 위해 QPU-GPU 하드웨어 상호 연결망인 NVIDIA NVQLink와 통합됩니다. CUDA-Q는 하이브리드 양자-클래식 워크플로우를 위한 NVIDIA의 더 광범위한 프로그래밍 모델입니다. GPU 가속을 위해 CUDA 커널을 작성해 본 적이 있다면, CUDA-Q는 클래식 컴퓨팅과 가속기를 긴밀하게 결합한다는 비슷한 철학을 따르고 있습니다.