AI가 설계한 '마조라나 2' 칩, 2029년 실용 양자컴퓨터 꿈 앞당기다

실용적인 양자컴퓨터를 향한 경쟁에 새로운 속도가 붙었습니다. 마이크로소프트는 샌프란시스코에서 열린 연례 빌드(Build) 컨퍼런스에서 차세대 양자 프로세서인 **마조라나 2(Majorana 2)**를 전격 공개했습니다. 이는 지난 20년간 회사가 추구해온 위상 큐비트(Topological Qubit) 연구의 거대한 전환점이 될 칩입니다. 기존 기술이 수백만 개의 오류 정정 큐비트를 추가해 안정성을 확보하는 방식이었다면, 마조라나 2는 '위상(topological)'이라는 이국적인 물리학을 이용해 설계 단계에서부터 오류에 저항하는 큐비트를 만드는 근본적으로 다른 접근법을 취하고 있습니다 .

이번 발표의 핵심 수치는 큐비트의 신뢰도 1,000배 향상과 평균 20초에 달하는 큐비트 수명입니다 . 구글이나 IBM 등 주요 경쟁사들이 사용하는 초전도 및 이온 트랩 방식의 큐비트 수명이 대부분 마이크로초(µs) 단위에 불과하다는 점을 고려하면 상상하기 어려운 도약입니다 . 이 경이로운 기술적 진보 덕분에 마이크로소프트는 확장 가능한 양자컴퓨터 개발 로드맵을 절반으로 단축하여 2033년에서 2029년으로 앞당겼습니다 .

핵심 돌파구, 완전히 새로워진 '재료 조합'

마조라나 2의 놀라운 성능 향상은 순수한 재료 과학에서 비롯됐습니다. 마이크로소프트 양자 연구팀은 칩을 구성하는 물질 자체를 완전히 바꾸는 모험을 감행했습니다. 가장 큰 변화는 초전도체를 알루미늄(Al)에서 **납(Pb)**으로 교체한 것입니다. 또한 반도체 활성 영역도 **인듐비소(InAs)와 인듐비소안티몬(InAsSb)**의 조합으로 바꾸고, 제조 공정에 안티몬(Sb) 층을 추가했습니다 .

이 새로운 물질 구조는 '위상(topological phase)'이라고 불리는, 양자 정보를 보호하는 마요라나 제로 모드(Majorana zero modes)가 발현되는 이국적인 물질 상태를 훨씬 더 안정적으로 만들어줍니다 . 연구팀의 핵심 평가지표인 **'위상 간극(topological gap)'**은 마조라나 1 설계 대비 두 배 이상 증가했습니다 . 쉽게 말해, 큐비트의 미약한 양자 상태를 파괴하는 외부 환경 노이즈를 적극적으로 막아주는 훨씬 튼튼한 방패가 생긴 셈입니다. 그 결과, 마이크로초(µs) 단위로 게이트 연산을 수행하면서도 평균 20초 동안 양자 상태를 유지할 수 있게 되었고, 경우에 따라 1분 넘게 생존하기도 합니다 .

AI 스스로 새로운 칩을 설계하다

이렇게 혁신적인 신소재를 찾아내 상용 가능한 칩으로 만드는 데는 보통 수년간의 지루한 실험실 연구가 필요하지만, 마이크로소프트는 비밀 병기인 **'에이전트 AI(Agentic AI)'**를 활용했습니다. 양자 하드웨어 팀은 복잡하고 방대한 설계 공간을 탐색하여 과학적 발견을 가속하도록 설계된 인공지능 플랫폼 '마이크로소프트 디스커버리(Microsoft Discovery)'와 협업했습니다 .

연구원들이 직접 수많은 재료 조합을 일일이 테스트하는 대신, AI 에이전트가 안정적인 소재 조합과 최적화된 소자 구조를 스스로 찾아내는 임무를 수행한 것입니다. 마이크로소프트 양자 하드웨어 총괄 테크니컬 펠로우인 체탄 나약(Chetan Nayak) 박사는 이 에이전트 AI가 마조라나 2의 신뢰도 비약을 이끌어낸 핵심 동력이었으며, 그동안 위상 큐비트 성능 발전을 가로막던 장벽을 뛰어넘을 수 있게 해준 결정적 요인이었다고 설명했습니다 . AI가 단순히 시뮬레이션을 돌린 정도가 아니라, 사실상 새로운 칩 아키텍처를 '발명'하는 데 적극적으로 기여한 셈입니다 .

2029년, 불과 3년 앞으로 다가온 양자 컴퓨터

1,000배에 달하는 신뢰도 향상을 손에 쥔 마이크로소프트는 양자 컴퓨팅 달력 자체를 새로 쓰고 있습니다. 불과 1년 전만 해도 2033년 정도로 예상하던 확장 가능한 양자 기계가 이제 2029년, 불과 3년 앞으로 다가왔습니다 . 마이크로소프트 퀀텀 부문 부사장 줄피 알람(Zulfi Alam)은 2020년대 말까지 데이터센터에서 상업적 가치를 지닌 기계를 확보하는 것이 목표라고 밝혔습니다 .

로드맵의 구체적인 다음 단계는 이 위상 큐비트들을 기반으로 '내결함성 프로토타입(Fault-Tolerant Prototype)'을 구축하는 것입니다. 마이크로소프트는 이 프로토타입을