엔비디아와 Alice & Bob, GPU‑양자 하이브리드 슈퍼컴퓨터 구축 협력

엔비디아의 NVentures가 투자한 정확한 금액은 공개되지 않았지만, 이번 투자는 엔비디아가 양자 컴퓨팅 생태계 전반에 전략적으로 참여하고 있음을 보여주는 사례로 평가된다. 특히 자사의 GPU 기반 가속 컴퓨팅 플랫폼과 연결될 수 있는 양자 하드웨어 기업에 주목하고 있다는 점이 특징이다.

왜 양자컴퓨터에는 GPU가 필요한가

현재의 양자 컴퓨터는 독립적으로 작동하지 않는다. 실제로는 다음과 같은 작업을 수행하기 위해 대규모 고전 컴퓨팅 인프라가 함께 필요하다.

• 양자 회로 컴파일
• 알고리즘 시뮬레이션
• 측정 결과 처리
• 오류 수정 알고리즘 실행

엔비디아는 이러한 작업을 위해 **QPU(Quantum Processing Unit)**와 GPU 기반 AI 슈퍼컴퓨터를 긴밀히 연결하는 구조가 필요하다고 보고 있다. 실제로 실용적인 양자컴퓨팅은 양자 프로세서와 고전 가속 컴퓨팅이 결합된 하이브리드 시스템에서 등장할 가능성이 높다고 회사는 설명한다.

CUDA‑Q: 하이브리드 양자 프로그램을 위한 플랫폼

협력의 핵심 소프트웨어 중 하나는 CUDA‑Q다. 이는 엔비디아가 개발한 오픈소스 양자 개발 플랫폼으로, 양자‑고전 혼합 워크로드를 지원하도록 설계됐다.

CUDA‑Q의 특징은 다음과 같다.

• 하나의 프로그램에서 CPU, GPU, QPU를 동시에 활용할 수 있는 하이브리드 프로그래밍 모델
• 특정 하드웨어에 종속되지 않는 QPU‑agnostic 구조
• 실제 양자 하드웨어가 부족할 때 GPU 기반 대규모 시뮬레이션 지원

이 덕분에 연구자와 HPC 센터는 실제 장비가 제한된 상황에서도 대규모 양자 워크플로를 실험할 수 있다.

cuQuantum: GPU 기반 양자 시뮬레이션

양자 알고리즘은 실제 QPU에서 실행하기 전에 대규모 시뮬레이션 단계를 거친다.

엔비디아의 cuQuantum SDK는 이러한 시뮬레이션을 GPU에서 가속하도록 설계된 도구로, 연구자들이 현재의 QPU 성능 한계를 넘어서는 규모로 양자 회로를 분석할 수 있게 해준다.

이 기술은 새로운 양자 하드웨어 구조와 알고리즘을 테스트하는 초기 단계에서 특히 중요하다.

Dynamiqs: 캣 큐비트 물리 시뮬레이션

Alice & Bob이 개발한 오픈소스 라이브러리 Dynamiqs는 양자 시스템의 물리적 동작과 제어 메커니즘을 시뮬레이션하는 데 초점을 맞춘 도구다.

이 라이브러리에 CUDA‑Q가 통합되면서 GPU 가속을 활용한 대규모 시뮬레이션이 가능해졌다. 초기 벤치마크에 따르면 이 통합은 최대 75배 수준의 시뮬레이션 성능 향상을 보여줬다.

이를 통해 연구자들은 실제 장비를 제작하기 전 단계에서 다음을 최적화할 수 있다.

• 큐비트 제어 프로토콜
• 오류 수정 전략
• 하드웨어 설계

NVQLink: GPU와 양자 프로세서의 직접 연결

시스템 아키텍처 측면에서 중요한 기술은 NVQLink다.

NVQLink는 GPU 기반 슈퍼컴퓨팅 노드와 **양자 시스템 컨트롤러(QSC)**를 긴밀하게 연결하는 개방형 아키텍처로, GPU가 양자 연산 과정에 실시간으로 참여할 수 있게 한다.

이 구조에서는 GPU가 다음과 같은 작업을 담당할 수 있다.

• 양자 회로 컴파일
• 오류 수정용 실시간 디코딩
• 큐비트 동적 보정(calibration)
• 계산 중 피드백 제어

특히 결함 허용형 양자컴퓨팅에서는 측정 결과에 즉시 반응해야 하기 때문에 GPU와 QPU 사이의 초저지연 통신이 매우 중요하다.

목표: 하이브리드 양자‑고전 슈퍼컴퓨터

엔비디아와 Alice & Bob이 궁극적으로 추진하는 것은 단일 양자 컴퓨터가 아니라 하이브리드 양자‑고전 슈퍼컴퓨팅 플랫폼이다.

이러한 시스템에서의 역할은 다음과 같이 나뉜다.

• QPU: 특수한 양자 연산 수행
• GPU: 시뮬레이션, 제어, 워크플로 오케스트레이션
• CUDA‑Q 같은 플랫폼: 전체 컴퓨팅 자원 통합

두 회사는 캣 큐비트 기반 양자 프로세서를 엔비디아의 가속 컴퓨팅 생태계와 통합함으로써, 미래의 HPC 센터에서 AI 슈퍼컴퓨터와 양자 컴퓨터가 같은 인프라에서 함께 작동하는 환경을 만드는 것을 목표로 하고 있다.

이 접근 방식이 성공한다면, 양자컴퓨팅은 연구실 장비를 넘어 실제 산업 문제를 해결하는 하이브리드 슈퍼컴퓨터로 발전할 가능성이 있다.