큐비트란 — 구글은 101개를 묶어 1개를 만들었다, 개수만 세면 안 되는 이유

큐비트(qubit)는 양자컴퓨터가 정보를 담는 기본 단위다. 일반 컴퓨터의 비트가 0 아니면 1인 데 비해, 큐비트는 0과 1이 겹친 상태를 가질 수 있고 다른 큐비트와 얽힐 수 있다. 여기까지는 교과서에 나오는 설명이다. 실제 기계를 이해하는 데 더 중요한 사실은 그다음에 있다. 지금의 큐비트는 오류가 너무 잦아서, 여러 개를 묶어야 믿을 만한 큐비트 1개가 된다.

구글은 2024년 12월 9일 105큐비트 칩 윌로우(Willow)를 공개하면서 그 가운데 101개를 써서 오류를 고치는 큐비트 1개를 만든 결과를 발표했다. 2026년 11월 11일(미국 동부시각) IBM은 프로그래밍 가능한 큐비트 520개짜리 차세대 칩 설계를 발표했다. 한편 RSA-2048 암호를 푸는 데 필요하다고 추정되는 큐비트는 2019년 2000만 개에서 2025년 100만 개 미만으로 줄었다. 큐비트 숫자가 뉴스에 나올 때마다 무엇을 세는 숫자인지 가려 읽지 않으면 이 세 문장이 서로 어떤 관계인지 알 수 없다. 이 글은 그 구분을 정리한다.

1. 비트와 큐비트는 무엇이 다른가

비트는 스위치다. 켜져 있거나(1) 꺼져 있다(0). 큐비트는 원자, 이온, 초전도 회로, 빛 알갱이 같은 아주 작은 물리계로 만들며, 두 가지가 다르다.

중첩은 큐비트가 0과 1 사이의 겹친 상태에 있을 수 있다는 뜻이다. 0이 나올 가능성과 1이 나올 가능성이 각각 얼마인지를 정하는 값(진폭)을 함께 가진다. 다만 큐비트를 측정하면 0이나 1 하나만 나오고 겹침은 사라진다.

얽힘은 큐비트 여러 개가 따로 설명할 수 없는 하나의 상태로 묶이는 것이다. 얽힌 큐비트 두 개는 하나를 측정한 결과가 다른 하나의 결과와 맞물려 나온다. 큐비트 n개가 얽히면 그 상태를 적는 데 2의 n제곱 개의 값이 필요하다. 큐비트 50개면 약 1000조 개다. 일반 컴퓨터로 양자컴퓨터를 흉내 내기 어려운 이유가 여기에 있다.

흔한 오해 — 모든 답을 동시에 계산한다

양자컴퓨터를 두고 가능한 모든 답을 한꺼번에 계산한다고 설명하는 경우가 많다. 절반만 맞다. 큐비트들이 여러 경우를 겹친 상태로 담을 수 있는 것은 사실이지만, 측정하는 순간 그 가운데 하나만 무작위로 나온다. 겹쳐 놓기만 하고 측정하면 주사위를 던진 것과 다르지 않다.

양자 알고리즘이 하는 일은 그 사이에 있다. 연산을 거치면서 틀린 답의 진폭은 서로 지워지고 맞는 답의 진폭은 커지도록 짠다. 물결이 겹쳐 높아지거나 사라지는 간섭과 같은 원리다. 그런 다음 측정하면 맞는 답이 높은 확률로 나온다. 문제는 이렇게 짤 수 있는 문제가 한정돼 있다는 점이다.

양자컴퓨터는 더 빠른 일반 컴퓨터가 아니라 특정 문제에서만 유리한 다른 종류의 기계다.

2. 물리 큐비트와 논리 큐비트 — 왜 수백 개가 1개가 되나

큐비트는 열, 전자기 잡음, 불완전한 제어 신호에 흔들려 금방 상태를 잃는다. 연산 한 번의 오류율은 좋은 장비에서 0.1% 안팎, 곧 1000번에 한 번꼴이다. 구글은 실용적인 계산에 필요한 수준을 1조 번에 한 번꼴로 본다. 그 차이를 소자를 잘 만드는 것만으로 메우기는 어렵다.

그래서 쓰는 방법이 양자 오류 정정이다. 칩 위의 실제 소자인 물리 큐비트 여러 개에 정보를 나눠 담고, 일부 큐비트로 오류가 났는지를 계속 검사해 바로잡는다. 이렇게 묶어 만든 한 단위가 논리 큐비트다. 일반 컴퓨터라면 같은 비트를 세 번 복사해 다수결로 고치면 되지만, 큐비트는 복사할 수 없고 들여다보면 상태가 깨진다. 그래서 정보 자체는 건드리지 않고 이웃 큐비트끼리 값이 어긋났는지만 재는 우회로를 쓰는데, 이것이 큐비트를 많이 잡아먹는다.

구글의 윌로우 결과가 이 구조를 숫자로 보여 준다.

이 결과의 의미는 논리 큐비트 1개의 성능이 아니라 방향에 있다. 물리 큐비트의 오류율이 어떤 문턱보다 높으면, 큐비트를 더 묶을수록 오류가 늘어난다. 고칠 것이 고치는 속도보다 빨리 생기기 때문이다. 윌로우는 격자를 키울수록 오류가 줄어드는 영역, 곧 문턱 아래에 들어섰음을 보였다.

그래도 갈 길은 멀다. 주기당 0.143%는 좋은 물리 큐비트의 연산 오류율과 같은 자릿수이고, 구글은 지금의 물리 오류율로 논리 오류율을 100만분의 1까지 낮추려면 논리 큐비트 1개에 물리 큐비트가 1000개 넘게 필요하다고 적었다. 쓸모 있는 계산에는 그런 논리 큐비트가 수백에서 수천 개 필요하다. 수백만 개라는 숫자는 이 곱셈에서 나온다.

묶는 비율을 줄이려는 시도도 있다.

IBM 연구진은 같은 12개를 표면 부호로 만들려면 물리 큐비트가 3000개 가까이 든다고 썼다. 대신 이 방식은 칩 위에서 멀리 있는 큐비트를 잇는 배선이 필요하다. 표의 비율이 낮은 실험들은 대체로 약한 오류 정정, 곧 작은 오류만 잡는 부호를 썼다는 점도 같이 봐야 한다. 논리 큐비트 수가 많다고 해서 각각이 긴 계산을 버틴다는 뜻은 아니다.

3. 큐비트를 만드는 다섯 가지 방식

큐비트는 한 가지 물건이 아니다. 무엇으로 만드느냐에 따라 장단점이 뚜렷하게 갈리고, 어느 쪽이 이길지는 정해지지 않았다.

방식마다 공개된 규모도 다르다. 미국 캘리포니아공대 연구진은 2024년 3월 중성원자 6100개 이상을 붙잡아 결맞음 시간 12.6초를 쟀다. 다만 이 실험은 원자를 붙잡고 유지한 것이지 원자끼리 얽어 연산한 것은 아니다. 재너두가 2025년 1월 22일 발표한 광자 방식 장비 오로라는 광 칩 35개와 광섬유 13km로 큐비트 12개를 구현했고, 회사는 다음 과제로 광 손실을 들었다. 디랙과 벨기에 아이멕은 2025년 9월 300mm 반도체 라인에서 찍은 실리콘 2큐비트 소자가 연산 충실도 99%를 넘었다고 발표했다. 6100개와 12개, 2개가 같은 해 전후에 나란히 뉴스가 된다는 사실이 큐비트 수만으로 비교할 수 없다는 점을 보여 준다.

4. 큐비트 수만 보면 안 되는 이유

IBM은 2023년 12월 4일 1121큐비트 칩 콘도르를 공개했다. 그런데 같은 날 함께 내놓은 133큐비트 칩 헤론의 낮은 오류율을 앞세웠고, 큐비트를 해마다 두 배씩 늘리던 방침에서 크기보다 오류에 강한 쪽으로 방향을 바꿨다. 2025년 11월 12일 내놓은 나이트호크는 120큐비트다. 1121개에서 120개로 줄어든 것은 후퇴가 아니라 무엇을 세느냐가 바뀐 것이다.

이유는 간단한 계산으로 보인다. 연산(게이트) 한 번이 성공할 확률이 99.9%라면, 1000번을 이어 붙였을 때 한 번도 틀리지 않을 확률은 0.999를 1000번 곱한 값이다.

오류가 서로 독립이라고 가정한 단순 계산이고, 실제 장비는 오류 완화 기법으로 이보다 나은 결과를 뽑아낸다. 그래도 요지는 바뀌지 않는다. 큐비트가 1000개여도 연산 수백 번 만에 결과가 잡음에 묻히면 쓸 수 없다. 그래서 큐비트 수와 함께 다음 지표를 본다.

양자 볼륨은 IBM이 만든 지표다. 큐비트 n개로 깊이 n인 무작위 회로를 돌려 결과가 기준(무거운 출력 확률 3분의 2 초과)을 넘는 가장 큰 n을 찾고, 2의 n제곱으로 적는다. 2의 25제곱이면 25큐비트로 25층짜리 회로를 믿을 만하게 돌렸다는 뜻이다. 큐비트가 수백 개여도 오류율이 높으면 이 숫자는 낮게 나온다. 다만 회사마다 내세우는 지표가 다르다. IBM은 게이트 수를, 퀀티넘은 양자 볼륨을, 아이온큐는 자체 지표인 알고리즘 큐비트(#AQ)를 쓴다. 회사 간 비교가 어려운 이유 가운데 하나다.

5. 주요 회사가 공개한 수치

아래는 각 회사가 발표한 값이다. 독립 기관이 같은 조건에서 잰 값이 아니며, 발표 날짜를 함께 적는다.

IBM 나이트호크 r3는 가장 최근 사례다. IBM은 2026년 11월 11일(미국 동부시각) 프로그래밍 가능한 큐비트 520개에서 양자 연산 1만 회를 수행하도록 설계한 r3를 발표했고, 2027년에는 r3 두 개를 이어 1040큐비트 시스템을 만들겠다고 했다. 이 발표에는 위에서 본 구분이 그대로 담겨 있다. 520은 사용자가 계산에 쓰는 큐비트 수이고, 칩에는 그보다 훨씬 많은 2,034개의 소자가 들어간다. IBM 보도자료는 이를 전체 물리 큐비트라고 적었고, 실리콘앵글은 결합기와 리셋 소자를 포함한 물리 양자 부품이라고 풀었다. 어느 쪽이든 520개는 오류 정정을 거친 논리 큐비트가 아니다. r3의 출시일과 오류율은 공개되지 않았다. 자세한 내용은 같은 날 지면 「IBM 나이트호크 r3」에서 다룬다.

IBM이 오류 정정까지 갖춘 기계로 내건 목표는 따로 있다. 2025년 6월 10일 공개한 계획에서 IBM은 2029년 미국 뉴욕주 포킵시에 논리 큐비트 200개로 연산 1억 회를 수행하는 스털링을 짓겠다고 했다. 520과 200이 같은 회사의 숫자인데 뒤쪽이 훨씬 어려운 목표라는 점이, 물리와 논리를 가려 읽어야 하는 이유다.

6. RSA-2048을 깨려면 몇 개가 필요한가

큐비트가 일반 뉴스에 오르는 가장 큰 이유는 암호다. 쇼어 알고리즘을 돌릴 만큼 큰 양자컴퓨터가 나오면 지금 인터넷이 쓰는 RSA와 타원곡선 암호가 풀린다. 그 기계에 큐비트가 몇 개 필요한지에 대한 추정은 계속 내려왔다.

세 가지를 짚어 둔다.

첫째, 2019년에서 2025년 사이의 20배 감소는 하드웨어가 아니라 알고리즘에서 나왔다. 기드니의 2025년 논문은 2019년과 똑같은 하드웨어를 가정했다. 계산에 쓰는 작업 공간을 줄이고, 쉬고 있는 논리 큐비트를 더 촘촘하게 저장하는 방법을 썼다. 대신 걸리는 시간은 8시간에서 1주일 미만으로 늘었다. 큐비트와 시간을 맞바꾼 셈이다.

둘째, 2026년 2월의 10만 개 미만은 가정이 다르다. 표면 부호 대신 qLDPC 부호를 쓰는데, 이 부호는 멀리 떨어진 큐비트를 직접 잇는 연결이 필요하고 그런 연결은 큰 규모에서 구현된 적이 없다. 더 퀀텀 인사이더는 이 구조가 수치 시뮬레이션으로만 검증됐다고 적었고, 같은 기사에 따르면 기드니는 가정을 바꾸지 않고는 10배를 더 줄일 길이 보이지 않는다고 말한 바 있다.

셋째, 이 표의 큐비트는 모두 오류율 0.1%로 일정하게 동작하는 물리 큐비트다. 구글은 2025년 5월 블로그에서 그만한 오류율을 내는 양자컴퓨터가 지금 100~1000큐비트 규모라고 적었다. 필요한 쪽은 10만~100만 개, 있는 쪽은 수백 개다. 격차는 100배에서 1만 배 사이다. 줄고 있는 것은 사실이고, 아직 먼 것도 사실이다.

그 격차가 언제 메워질지는 누구도 날짜로 말하지 못한다. 미국 표준기술연구소가 RSA와 타원곡선 암호를 2030년 이후 권장 중단, 2035년 이후 금지하기로 한 것은 그 불확실성 때문이다. 일정과 대체 암호는 「양자내성암호(PQC)란」에서, 256비트 타원곡선이 왜 RSA보다 적은 큐비트로 풀리는지의 배경은 「타원곡선 암호(ECC)란」에서 다뤘다.

7. 한국은 어디까지 왔나

확인되는 것만 적는다.

플래그십 프로젝트는 2025년 10월 연구를 시작해 2029년까지 약 3604억 원을 들이는 사업이다. 결맞음 시간 100마이크로초는 구글이 윌로우에서 밝힌 68마이크로초와 같은 자릿수다. 다만 결맞음 시간은 여러 지표 가운데 하나이고, 얽힘 연산 정확도 약 99%는 4절의 표에서 보듯 긴 계산을 버티기에는 9가 한두 개 더 필요한 수준이다. 국산 장비의 큐비트 수는 시연된 것 기준으로 20개다.

KISTI의 템포는 2026년 3월 18일 엔비디아·아이온큐와 맺은 협약에서 국가 슈퍼컴퓨터 6호기와 연동할 계획으로 소개됐다. 이 글을 쓰는 시점에 설치 완료를 확인한 보도는 찾지 못했다.

8. 자주 묻는 질문

Q. 큐비트가 많으면 양자컴퓨터가 더 빠른가? 그렇지 않다. 큐비트 수는 올릴 수 있는 문제의 크기를 정하고, 실제로 계산이 되는지는 오류율과 이어 붙일 수 있는 연산 수가 정한다. IBM이 1121큐비트 칩을 내놓은 뒤 방향을 바꿔 120큐비트 칩을 내놓은 것이 그 예다.

Q. 양자컴퓨터는 모든 경우를 동시에 계산하나? 겹친 상태로 담기는 하지만 측정하면 하나만 나온다. 맞는 답이 높은 확률로 나오도록 간섭을 짜야 하고, 그렇게 짤 수 있는 문제는 소인수분해, 탐색, 양자계 시뮬레이션 등으로 한정돼 있다.

Q. 논리 큐비트 1개에 물리 큐비트가 몇 개 필요한가? 정해진 숫자는 없다. 물리 오류율, 쓰는 부호, 목표 오류율에 따라 다르다. 구글의 2024년 실험은 101개로 1개를 만들었고, 구글은 오류율 100만분의 1을 목표로 하면 1000개가 넘는다고 적었다. IBM의 qLDPC 부호는 288개로 12개를 만드는 설계다.

Q. 큐비트는 왜 그렇게 차갑게 식히나? 초전도 방식만 그렇다. 열이 큐비트 상태를 흔들기 때문에 절대온도 0.015도 안팎까지 내린다. 이온트랩과 중성원자는 진공과 레이저로 원자를 붙잡고, 광자 방식은 상온에서 동작한다.

Q. 지금 내 비밀번호나 인터넷 뱅킹이 위험한가? 지금 있는 양자컴퓨터로는 RSA-2048을 풀 수 없다. 필요한 추정치가 10만~100만 개인데 발표된 칩은 수백 개 수준이고, 그 큐비트들은 오류 정정 전이다. 다만 지금 가로챈 암호문을 보관했다가 나중에 푸는 공격은 가능하므로 오래 지켜야 하는 정보부터 새 암호로 옮기는 작업이 진행 중이다.

Q. 양자 우위와 오류 내성은 같은 말인가? 아니다. 양자 우위는 어떤 문제 하나에서 고전 컴퓨터보다 앞섰다는 뜻이고, 오류 내성은 오류 정정을 거쳐 긴 계산을 끝까지 믿을 수 있게 돌린다는 뜻이다. 암호 해독에 필요한 것은 뒤쪽이다.

9. 남은 것과 확인되지 않은 것

• 회사 간 비교: 본문의 충실도와 큐비트 수는 각 회사가 스스로 잰 값이다. 같은 조건에서 잰 독립 비교는 확인하지 못했다. 아이온큐의 99.99%는 연구소 시제품의 값이다.
• IBM r3의 2,034: IBM 보도자료는 물리 큐비트, 실리콘앵글은 결합기 등을 포함한 물리 양자 부품이라고 적어 표현이 다르다. r3는 설계 발표 단계다.
• RSA-2048 추정치: 전부 이론 계산이다. 2026년 2월의 10만 개 미만은 시뮬레이션으로만 검증됐고 필요한 연결 구조가 큰 규모에서 구현된 적이 없다.
• 논문 원문: 구글 윌로우와 퀀티넘 헬리오스의 네이처 게재본은 직접 열지 못했고, arXiv 초록과 회사 발표로 확인했다.
• 한국: KISTI 템포의 설치 완료 여부, KRISS 50큐비트 시스템의 시연 여부는 확인하지 못했다. 연세대 장비의 127큐비트는 보도 한 곳에 따른 것이다.
• 언제 쓸 만해지나: 오류 내성 양자컴퓨터의 시점은 회사 계획(IBM 2029년)만 있을 뿐 검증된 일정은 없다.

AI가 기존 암호의 약점을 찾는 다른 경로는 「딥마인드 AI 에이전트, RSA-1024 약점」에서, 양자컴퓨터에 대비한 암호 전환 일정은 「양자내성암호(PQC)란」에서, 지금 쓰는 공개키 암호의 원리는 「타원곡선 암호(ECC)란」에서 다뤘다. IBM의 최신 발표는 같은 날 지면 「IBM 나이트호크 r3」에 정리했다.