미래를 위한 IBM의 양자 컴퓨팅 비전

Genya Crossman은 사람들이 양자 컴퓨팅을 이해하고 사용하여 세계에서 가장 복잡한 문제를 해결하도록 돕는 데 열정을 쏟는 평생 학습자입니다.

그래서 그녀는 올해 양자컴퓨팅이 주목을 받고 있다는 사실에 들떠 있습니다. 유네스코는 2025년을 세계 양자 과학 기술의 해로 선포했습니다. 물리학자 베르너 하이젠베르크(Werner Heisenberg)가 양자역학에 관해 최초로 출판한 논문인 “운동학적 및 기계적 관계의 양자이론적 재해석에 대하여”가 출간된 지 100주년이 되는 날이기도 합니다.

IEEE 회원인 Crossman은 독일 IBM의 양자 전략 컨설턴트입니다. 정규 직원으로서 그녀는 의료 및 생명 과학, 재료 과학, 고에너지 물리학, 최적화 및 지속 가능성 분야의 단기 문제에 대한 양자 기반 솔루션 개발에 초점을 맞춘 5개 실무 그룹을 조정하고 관리합니다.

그녀는 8월 31일부터 9월 5일까지 앨버커키에서 열린 제6회 연례 IEEE Quantum Week에 참석했습니다. 양자 컴퓨팅 및 엔지니어링에 관한 IEEE 국제 컨퍼런스라고도 알려진 올해 행사는 IBM과 커뮤니티가 만든 실무 그룹의 전문가와 협력자들이 함께 연구 결과를 공개적으로 발표한 최초의 행사였습니다.

Crossman은 “우리는 그룹 전체의 공통 기능을 식별하는 데 대한 훌륭한 피드백과 정보를 받았습니다.”라고 말합니다. “청중들은 양자 컴퓨팅이 다양한 시나리오에 어떻게 적용되고 어떻게 작동하는지 이해하기 위해 실제 사례를 듣게 되었습니다.”

Crossman은 양자 컴퓨팅 연구와 실제 응용의 교차점에서 일하기 때문에 연구 공유의 중요성을 누구보다 잘 이해하고 있습니다. 양자장은 위협적으로 보일 수 있지만 양자 컴퓨터를 사용하기 위해 그것을 이해할 필요는 없다고 그녀는 말합니다.

“누구나 사용할 수 있습니다.”라고 그녀는 말합니다. “그리고 Python과 같은 프로그래밍 언어를 알고 있다면 양자 컴퓨터를 코딩할 수 있습니다.”

양자 컴퓨팅의 기본

IBM은 양자 컴퓨팅 분야에서 오랜 역사를 갖고 있습니다. IBM 펠로우인 IEEE 회원 Charles H. Bennett는 1970년 양자 정보 이론에 대한 첫 번째 노트를 작성했기 때문에 양자 정보 이론의 아버지로 불립니다. 1981년 5월 IBM과 MIT는 제1회 계산 물리학 컨퍼런스를 개최했습니다.

Crossman은 “양자 컴퓨팅은 양자 과학 및 양자 기술을 포함한 모든 양자 작업을 설명하는 데 자주 사용됩니다.”라고 말합니다. 이 분야에는 센서, 기상학, 통신 등 다양한 기술이 포함됩니다.

고전 컴퓨터는 비트를 사용하고, 양자 컴퓨터는 양자 비트라고 불리는 것을 사용합니다. 큐비트. 큐비트는 동시에 두 개 이상의 상태(1과 0 모두)로 존재할 수 있으며, 이를 “중첩”으로 존재할 수 있는 능력이라고 합니다.

큐비트를 사용하는 컴퓨터는 매우 복잡한 정보와 데이터를 더 빠르고 효율적으로 저장하고 처리할 수 있으며 기존 컴퓨터보다 훨씬 적은 에너지를 사용할 수 있습니다.

강력한 성능과 처리 능력을 갖춘 양자 컴퓨터는 복잡하고 아직 완전히 이해되지 않았습니다. 엔지니어들은 모든 사람이 양자 컴퓨팅에 더 쉽게 접근할 수 있도록 노력하고 있으므로 더 많은 사람들이 이 기술을 사용하는 방법을 이해할 수 있다고 Crossman은 말합니다.

그녀의 아버지와 IEEE로부터 영감을 받음

보스턴 노스쇼어에서 자란 Crossman은 여름의 많은 아침을 잡지의 최신호를 검토하는 데 보냈습니다. IEEE 스펙트럼 그리고 사이언티픽 아메리칸 그녀의 언니와 함께. 그녀의 아버지 Antony Crossman은 전기 및 전자 엔지니어이자 IEEE 평생 회원입니다. 그는 종종 딸들과 과학 및 공학 개념에 대해 논의했습니다.

Crossman은 뒤를 돌아보며 책을 읽고 있다고 말합니다. 스펙트럼 연구가 발표되는 방법에 대한 첫 번째 소개입니다.

“저는 새로운 연구와 그 연구로 무엇을 할 수 있는지에 대해 읽는 것을 좋아했습니다.”라고 그녀는 말합니다. “그것은 제가 엔지니어링이라는 직업을 선택하는 데 도움이 되었습니다.”

그녀가 물리학 학사 학위를 취득하기 위해 2011년 몬트리올의 McGill University에 등록했을 때, 그녀의 아버지는 그녀에게 IEEE 학생 멤버십을 선물했습니다.

“몬트리올은 보스턴에서 하루 만에 여행하기에도 비교적 쉬운 아름답고 창의적인 도시입니다.”라고 그녀는 말합니다. “게다가 그 학교는 물리학 프로그램으로 유명했어요.”

2년 후 그녀는 학교를 그만두고 파리로 이사하여 카페에서 일했습니다. 1년 후인 2014년에 그녀는 매사추세츠 대학교 애머스트의 물리학 학위 프로그램에 등록했습니다.

2016년 여름, Crossman의 학부 지도교수인 Stéphane Willocq 교수는 그녀를 MIT 전기 공학부 내 마이크로시스템 기술 연구소의 연구 프로젝트에 추천했습니다.

“양자 컴퓨팅은 양자 컴퓨팅, 양자 과학, 양자 기술을 포함한 모든 양자 작업을 설명하는 데 자주 사용됩니다.”

그녀는 “저는 Willocq과 함께 연구를 진행하고 있었는데, 그는 제가 전기 공학을 고려하고 있다는 것을 알고 이번 여름 연구 기회에 지원할 것을 제안했습니다”라고 말했습니다.

연구 조교로서 그녀는 2차원 물질로 만들어진 트랜지스터와 다이오드의 캐리어 수송을 조사했습니다.

그녀는 2017년 물리학 학사 학위를 취득한 후 처음에는 대학원으로 바로 진학할 계획이었지만 자신이 무엇에 집중하고 싶은지 확신할 수 없었다고 말했습니다. 친구이자 학부 양자역학 과정의 전 동창이 그녀에게 캘리포니아주 버클리에 있는 Rigetti Computing에서 열리는 양자 컴퓨팅 채용 정보를 소개했습니다.

그녀는 하급 양자 엔지니어로 고용되었습니다. 그녀는 회사의 첫 번째 장치 데이터베이스에 대한 이전 데이터베이스를 생성한 다음 해당 데이터베이스에 대한 스키마를 생성하는 것으로 시작했습니다. 그런 다음 그녀는 처음 배포된 양자 시스템에 사용된 일부를 포함하여 초전도 양자 컴퓨터용 회로와 같은 양자 장치를 설계, 모델링 및 시뮬레이션했습니다. 그녀는 또한 Berkeley 제조 시설을 관리했습니다.

그 역할을 하면서 그녀는 전기 및 마이크로파 공학에 대해 많은 것을 배웠고 그로 인해 컴퓨터 모델링을 접하게 되었다고 말합니다. 그녀는 이를 통해 양자 컴퓨팅의 실제 적용을 더 잘 이해하게 됐다고 말했습니다. 그녀는 새로 발견한 지식으로 인해 “사람들이 양자 기술을 사용하는 이유와 방법을 알고 싶었고” 최종 사용자의 요구 사항에 관심을 가지게 되었다고 말합니다.

그녀는 경력을 쌓기 위해 2020년에 Rigetti를 떠나 독일로 이주하여 Delft University of Technology와 Technische Universität Berlin 간의 공동 프로그램을 통해 계산 및 응용 수학 분야의 이중 석사 학위를 취득했습니다. 그녀가 처음 석사 프로그램을 시작했을 때 IBM 채용 담당자가 그녀에게 두 가지 직업을 제안했지만 그녀는 학위를 마치고 싶었기 때문에 거절했다고 말했습니다.

공부하는 동안 그녀는 TU Delft의 부교수인 멘토 Eliska Greplova와 함께 일했으며, 그녀는 Crossman을 양자 물질 및 AI 연구 그룹에 초대했습니다. Crossman은 응집물질, 기계학습, 양자학습에 대해 배웠고, 기술의 의미에 대한 토론에 참여했습니다.

좋은 경험임에도 불구하고 결국 그녀는 업계에서 일하는 것이 즐거웠고 장기적으로 그곳에서 일하고 싶었기 때문에 박사 학위 취득을 포기하기로 결정했습니다.

그녀는 최종 사용자의 관점에서 양자 컴퓨팅에 대한 석사 학위 논문의 초점을 계획했지만 초전도 하드웨어에 토폴로지 특성을 통합하는 방법에 대한 글을 쓰는 것으로 전환했습니다.

그녀는 2022년에 졸업했습니다. 2023년 1월에 그녀는 독일 IBM Research에서 기업 고객을 지원하는 양자 전략 컨설턴트로 정규직 자리를 수락했습니다. 그 이후로 그녀의 직업은 5개 양자 실무 그룹을 감독하는 기술 참여 책임자로 바뀌었습니다.

그녀는 또한 회사의 책임 있는 컴퓨팅 이니셔티브를 감독하는 팀의 일원이기도 합니다. IBM은 책임 있는 양자 컴퓨팅을 “그 효과를 인식”하는 유형으로 정의합니다. 회사는 자사의 원칙에 따라 양자 컴퓨팅을 개발하고 사용하고 싶다고 밝혔습니다.

Crossman은 IBM과 다른 조직의 연구원들이 2022년에 설립한 실무 그룹이 단기적인 문제를 다루고 자신의 초점 분야에서 양자 및 학제간 솔루션을 모색한다고 말했습니다.

이 그룹은 양자 및 비양자 배경의 연구자들이 협력하여 주요 문제를 식별하고, 추구할 대상을 결정하고, 전문 지식을 모아 격차를 메우고 문제를 전체적으로 볼 수 있도록 하는 커뮤니티 중심입니다. 그룹은 정기적으로 논문을 출판하고 공개적으로 제공합니다.

Crossman의 임무는 연구원을 지원하고, 리소스를 찾고, IBM 에코시스템을 사용하도록 돕고, 틈새 질문에 답변할 전문가를 식별하는 것입니다. 그녀의 또 다른 초점은 최종 사용자, 즉 실무 그룹에서 나온 연구를 활용할 사람들입니다. 그녀는 그들의 필요 사항과 그들을 가장 잘 지원하는 방법을 이해하려고 노력한다고 말합니다.

“양자 공학은 학제간 분야이기 때문에 모든 사람과 함께 일하는 것을 정말 좋아합니다.”라고 그녀는 말합니다. “문제 해결과 창의성이 결합된 제품입니다. 정말 흥미로운 개발 단계에 있습니다.”

너무 많은 추진력을 갖고 있는 Crossman은 양자 기술이 다음에는 어디로 갈지 보고 싶어 한다고 말했습니다.

“제가 학부 때 양자역학을 배우기 시작했을 때는 정보가 별로 없었어요.”라고 그녀는 말합니다. “제 경력의 시작은 양자컴퓨팅 산업이 막 시작되던 때였습니다. 정말 감사합니다.”