마이크로소프트(Microsoft)의 마요라나 1(Majorana 1) 양자 컴퓨팅 특이점(Quantum Singularity)

마요라나 1이 가져올 미래

2025년이 시작되면서 양자 컴퓨팅(Quantum Computing, QC)을 둘러싼 논쟁이 거세지고 있다. 특히, CES 2025에서 NVIDIA CEO 젠슨 황(Jensen Huang)이 “실용적인 양자 컴퓨팅은 아직 20년 뒤의 일”이라고 언급한 이후 양자 관련 주가가 급락하며 업계에 큰 파장을 일으켰다. 하지만 일부 전문가들은 양자 특이점(Quantum Singularity)이 예상보다 더 빠르게 다가올 수 있다고 주장하고 있다. 그리고 마이크로소프트(Microsoft)의 ‘마요라나 1(Majorana 1)’ 발표는 이러한 주장에 힘을 실어주고 있다.

 

 

양자 확장의 새로운 길

마이크로소프트는 ‘마요라나 1’을 통해 양자 컴퓨팅의 패러다임을 전환할 새로운 기술을 공개했다. 이 칩은 1937년에 이론적으로 예측된 ‘마요라나 제로 모드(Majorana Zero Modes, MZM)’를 활용하여 기존 양자 컴퓨터의 한계를 극복하려 한다. 이 기술의 핵심은 위상 초전도체(Topological Superconductor)라는 새로운 상태의 물질을 개발한 것이다. 이 물질을 이용하면 큐비트(Qubit) 정보가 전자의 ‘짝수·홀수(Parity)’ 상태에 인코딩되어, 기존 양자 컴퓨터보다 훨씬 안정적으로 작동할 수 있다.

 

특히, 기존 양자 컴퓨터가 환경적 노이즈에 취약한 반면, 위상학적 큐비트(Topological Qubit)는 하드웨어 수준에서 오류를 자동으로 방지하는 특성을 갖는다. 이는 세계적 학술지 ‘네이처(Nature)’에 게재된 연구를 통해 검증되었으며, 기존 양자 오류 정정을 위한 오버헤드를 10배 이상 감소시킬 수 있는 획기적인 기술로 평가된다.

 

현재 IBM, 구글(Google) 등 경쟁사들은 초전도 큐비트(Superconducting Qubit)나 이온 트랩 큐비트(Trapped-ion Qubit)를 확장하는 데 집중하고 있다. 그러나 이 방식은 큐비트가 늘어날수록 물리적 크기와 냉각 시스템이 기하급수적으로 증가해야 한다. 반면 마이크로소프트의 마요라나 1은 단일 칩에 최대 100만 개의 큐비트를 집적할 수 있는 가능성을 제시한다. 이는 단순히 연구실 수준이 아니라, 실제 클라우드 데이터센터(Azure Cloud)에 통합할 수 있는 수준을 목표로 하고 있다.

 

 

초미세 양자 제작 기술

마요라나 1은 ‘토포컨덕터(Topoconductor)’라고 불리는 특수한 물질 스택을 사용하여 제작된다. 이 스택은 인듐 비소(Indium Arsenide)와 알루미늄(Aluminum)으로 원자 단위에서 조립되며, 절대온도(Absolute Zero) 수준의 극저온과 자기장 환경에서 마요라나 입자를 생성할 수 있다. 마이크로소프트는 이를 “양자 시대의 트랜지스터를 발명하는 것과 같다”고 표현하며, 기존의 큐비트 생성 방식과는 차원이 다른 접근법임을 강조했다.

 

측정의 한계를 넘다

마요라나 입자의 가장 큰 문제는 기본적으로 측정이 어렵다는 점이다. 이 입자는 특정한 환경에서만 존재하고, 기존의 양자 상태 측정 기술로는 이를 정확하게 검출하기 어렵다. 마이크로소프트는 이 문제를 해결하기 위해 양자점(Quantum Dot)과 마이크로파 반사 측정(Microwave Reflectometry) 기술을 결합했다. 이 방법을 사용하면, 나노와이어(Nanowire) 내에서 발생하는 전자의 미세한 변화를 감지할 수 있다. 이는 마치 “10억 개의 모래알 중 단 하나를 구별해내는 것”에 비유될 정도로 정밀한 측정이 필요하다. 이 새로운 측정 시스템은 아날로그 방식이 아닌 디지털 전압 펄스(Digital Voltage Pulse) 방식으로 작동하며, 이를 통해 99% 이상의 측정 정확도(Fidelity)와 1밀리초 이상의 코히어런스(Coherence) 시간을 달성했다. 이는 기존 초전도 큐비트보다 훨씬 긴 수명과 안정성을 보장한다.

 

 

양자 컴퓨팅 특이점은 정말 다가오고 있는가?

마이크로소프트의 마요라나 1 발표는 기존 양자 컴퓨팅의 한계를 극복할 수 있는 중요한 전환점이 될 수 있다. 하지만 여전히 몇 가지 난제가 남아 있다.

 

1. 실제 상용화 가능성

이론적으로는 완벽한 기술이지만, 실험실 환경을 넘어 실제 컴퓨팅 환경에서 작동할 수 있을지는 미지수다. 기존 초전도 큐비트 방식도 여전히 대규모 오류 정정 기술이 필요한 상황이다.

 

2. 경쟁사의 대응

IBM, 구글, 리게티(Rigetti) 등 주요 기업들이 기존 기술을 더욱 발전시키고 있으며, 마이크로소프트의 방식이 표준이 될지는 아직 확신할 수 없다.

 

3. 양자 컴퓨팅 보안 문제

만약 마요라나 1이 양자 우위(Quantum Supremacy)를 달성한다면, 현재의 RSA 암호화 기술은 무력화될 가능성이 있다. 금융 시스템, 블록체인, 국가 안보 등 광범위한 보안 문제가 발생할 수 있어, 양자 내성 암호(Post-Quantum Cryptography) 개발이 시급해지고 있다.

 

 

마요라나 1이 열어갈 새로운 시대

마이크로소프트의 마요라나 1은 기존 양자 컴퓨터의 한계를 극복할 가능성을 보여준 혁신적인 칩이다. 기존의 불안정한 큐비트 문제를 해결하고, 더 작은 공간에서 더 많은 큐비트를 집적할 수 있는 새로운 접근법을 제시했다. 물론, 여전히 해결해야 할 기술적 과제들이 남아 있지만, 이번 발표가 양자 컴퓨팅 특이점에 한 걸음 더 가까이 다가갔음을 보여주는 중요한 신호라는 점은 분명하다. 2025년, 우리는 이제 막 2월을 지나고 있다. 하지만 벌써부터 양자 컴퓨팅의 미래는 그 어느 때보다 빠르게 다가오고 있다.