– 기존 슈퍼컴 한계 뛰어넘는 양자 우위 달성
-100시간 걸리던 계산 40분만에…도로 보수부터 신약, 신소재 개발까지
– “양자컴퓨터 시장이 본격적으로 시작되는 변곡점에서 시장 선도할 기술력 확보”
양자컴퓨팅 혁신을 선도하는 큐노바컴퓨팅(Qunova Computing, 이하 큐노바)은 ‘HI-VQE(Handover Iteration Variational Quantum Eigensolver)’ 알고리즘으로 세계 최초 양자 우위(Quantum Advantage)를 실현했다. 이로써 그동안 만들어진 물질만 학습하던 AI의 한계를 뛰어넘어 새로운 물질을 창조하고 예측할 수 있게 됐다.
2021년 KAIST에서 교원 창업으로 시작된 큐노바는 이준구 대표(KAIST 전기전자공학부 교수 겸임)가 이끄는 양자컴퓨팅 소프트웨어 전문기업이다. 큐노바는 화학 문제 해결용 HI-VQE와 최적화 솔루션 HI-VQA, 열역학 솔루션 HI-VQLS 등 모든 알고리즘을 연내에 출시하고, 일반인이 사용할 수 있는 양자 알고리즘 기반 신약·신소재 디자인 플랫폼 밀키웨이(Milky Way)와 분자 해석 소프트웨어 펄사(Pulsar)를 2027년까지 출시할 계획이다.
큐노바는 전 세계에서 두 번째로 큰 슈퍼컴퓨터 ‘후가쿠’를 보유한 일본의 리켄(RIKEN)과도 연구를 진행하고 있다. 리켄과의 공동연구를 통해 큐노바의 양자 알고리즘이 세계 최고 수준의 슈퍼컴퓨터보다 빠르고 정확하다는 것을 입증하고 있다.
서울 강남구 사무실에서 만난 이준구 대표와 양자컴퓨팅, 양자우위, 큐노바가 개발하고 있는 알고리즘과 소프트웨어, 비즈니스 계획에 대해 이야기를 나눴다.
양자컴퓨터와 양자우위
현재 우리가 사용하는 컴퓨터는 0과 1의 비트(bit)로 정보를 처리한다. 하지만 양자컴퓨터는 ‘큐비트(qubit)’는 다른 단위를 사용한다. 큐비트의 핵심은 ‘중첩(superposition)’과 ‘얽힘(entanglement)’이라는 양자역학적 현상에 있다. 중첩은 0과 1이 동시에 존재할 수 있게 하고, 얽힘은 여러 큐비트가 서로 연결되어 정보를 공유하게 하는 것이다. 기존 컴퓨터가 미로를 풀 때 하나씩 길을 찾아가는 방식이라면, 양자컴퓨터는 모든 길을 동시에 탐색할 수 있는 능력을 가진다. 그래서 특정 문제에서는 기하급수적으로 빠른 계산이 가능하다. 예를 들어 기존 컴퓨터가 미로에서 출구를 찾는 방식은 하나씩 길을 탐색하는 것과 같다. A 길을 가보고 막다른 길이면 돌아와서 B 길을 시도하는 식으로 순차적으로 진행된다. 반면 양자컴퓨터는 중첩과 얽힘이라는 양자역학적 현상을 활용해 모든 길을 동시에 탐색할 수 있다.
큐비트 하나가 추가될 때마다 계산 능력이 2배씩 증가한다. 40큐비트면 페타스케일의 컴퓨팅이 가능하고, 60큐비트가 되면 현재의 슈퍼컴퓨터로는 불가능한 문제를 풀 수 있다. 60큐비트가 중요한 이유는 바로 여기에 있다. 양자우위란 바로 양자컴퓨터가 기존 슈퍼컴퓨터보다 특정 문제에서 더 빠르고 정확하게 계산할 수 있는 상태를 실현하는 것을 말한다. 즉, 기존 슈퍼컴퓨터로는 불가능했던 문제를 양자컴퓨터로 해결할 수 있게 된다. 이론적으로는 40큐비트부터 양자우위가 시작되지만, 실용적인 산업 활용을 위해서는 60큐비트 이상이 필요하다.
세계 최초로 양자 우위 달성…계산 결과 공개적으로 시연
큐노바는 최근 세계 최초로 양자 우위를 달성한 알고리즘을 상용화하며 주목받고 있다. 현재 VQE(Variational Quantum Eigensolver, 양자컴퓨터와 고전컴퓨터를 결합한 하이브리드 양자 알고리즘)는 양자컴퓨팅 시장의 40-50%를 차지하는 핵심 알고리즘이다. 이러한 VQE보다 성능을 100배 이상 개선한 게 큐노바의 HI-VQE로 HI-VQE는 68큐비트 규모다.
큐노바는 지난 3월에 HI-VQE 알고리즘을 IBM의 키스킷 펑션즈(Qiskit Functions, IBM이 양자컴퓨팅 생태계 구축을 위해 만든 핵심 플랫폼으로 양자컴퓨팅 분야의 ‘앱스토어’라고 할 수 있다) 플랫폼에 등록했다.
이 대표는 “IBM의 키스킷 펑션즈에 등록된 소프트웨어는 7개인데, 그중에서 양자 우위를 달성한 것은 큐노바가 유일합니다. 전 세계 양자컴퓨팅 소프트웨어 회사가 80개 정도 있지만, 대부분 인터넷에 떠도는 소프트웨어를 조합해서 제품을 만듭니다. 원천 기술 없이는 진정한 경쟁력이 나올 수 없어요.”라고 설명했다.
“중요한 것은 큐비트 수가 아니라 현재의 슈퍼컴퓨터보다 더 빠르고 정확하게 계산하거나, 또는 더 정확하게 계산하는 유즈케이스를 달성하는 것입니다. 아예 불가능했던 일을 가능하게 만드는 것이 바로 양자우위의 핵심입니다.”
큐노바는 ‘2024년 퀀텀코리아’ 행사에서 세계 최초로 실시간 데모를 선보였다. 황화리튬(Li2S)이라는 화합물의 분자 구조 해석을 실시간으로 보여줬다. 이는 세계 최초로 양자컴퓨터를 활용해 실제 의미 있는 계산 결과를 실시간으로 얻어내는 과정을 공개적으로 보여준 사건이었다. 그동안 양자컴퓨터 하드웨어 회사들은 자신들의 장비가 작동한다는 것을 보여줄 수는 있었지만, 실제로 의미 있는 계산 결과를 실시간으로 얻어내는 시연은 없었다.
30년 간 양자컴퓨팅 연구한 끝에 창업
세계 유일한 양자우위를 달성한 큐노바는 어느날 갑자기 이루어진 게 아니다. 이준구 대표의 양자컴퓨팅 여정은 30년 전으로 거슬러 올라간다. 1996년 미국 NEC 연구소에서 양자컴퓨팅 연구를 시작한 이 대표는 이 분야의 산증인이라 할 수 있다.
“2018년 국내 최초로 대학 양자컴퓨팅 ITRC 센터를 유치하면서 본격적인 연구를 시작했습니다. 그런데 연구만으로는 한계가 있더군요. 실제 산업에 적용할 수 있는 기술을 만들고 싶었고, 그러기 위해서는 창업을 해야 했습니다.”
이 대표와 공동연구를 해온 남아프리카공화국의 프란체스코 페트루치오네(Francesco Petruccione) 교수가 공동창업자로 참여했다. 페트루치오네 교수는 양자기계학습 분야의 세계적 권위자로, 최초의 양자기계학습 교과서를 저술한 인물이다.
현재 26명의 직원 중 절반이 외국인이며, 21명이 연구개발자, 그중 14명이 박사학위 소지자다. 최근에는 아마존 출신의 김재완 박사를 CPO(Chief Product Officer)로 영입하며 글로벌 시장 진출에 박차를 가하고 있다. 김재완 CPO는 아마존에서 10억 달러 매출을 달성한 경력의 소프트웨어 엔지니어링 전문가다.
“국내 인력 확보의 어려움도 있었지만, 더 중요한 이유는 고객이 대부분 해외에 있기 때문입니다. 글로벌라이제이션을 위해 인력을 이렇게 구성했어요.”
2022년 토론토 대학의 창의적 파괴 랩(Creative Destruction Lab) 양자 스트림 프로그램을 졸업한 것도 글로벌 네트워크 구축에 큰 도움이 되고 있다. 50개 팀이 시작해 10개 팀만 졸업한 이 프로그램을 통해 베세머 파트너스 같은 글로벌 투자사와 네트워킹을 구축했다.
30년간 양자컴퓨팅 연구에 몰두해온 성과가 이제 현실이 되어가고 있는 것이다.
데이터가 없어도 신약, 신소재 개발 가능
HI-VQE의 핵심은 ‘하이브리드 접근법’에 있다. 양자컴퓨터와 기존 컴퓨터의 장점을 번갈아 활용하는 방식이다. 이 방법론의 혁신성은 업계에서도 인정받고 있다. 과거에는 불완전한 NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum, 현재 단계의 불완전하지만 실용적인 양자컴퓨터) 양자컴퓨터로는 의미 있는 계산이 불가능하다고 여겨졌지만, 큐노바의 하이브리드 알고리즘이 그 통념을 깨뜨린 것이다.
이 대표는 ””GPU가 나왔다고 CPU가 사라지지 않았듯이, 양자컴퓨터도 기존 컴퓨터를 대체하는 것이 아니라 서로 보완하는 관계입니다. 각각의 장점을 뽑아내서 결합했을 때 놀라운 성능이 나오는 거죠. 이런 방법론을 도입한 것도 저희가 처음이고, 원천 특허도 확보했습니다. 이 기술로 전 세계 최초로 양자 우위를 달성하게 됐죠.“
HI-VQE 알고리즘이 가장 큰 혁신을 가져올 분야는 신약과 신소재 개발이다. 현재 AI 기반 신약 개발이 각광받고 있지만, 한계도 분명하다. AI는 기존 데이터를 학습해야 하는데, 데이터가 없는 새로운 영역에서는 제대로 작동하지 않는다.
“AI가 할 수 없는 새로운 영역의 계산을 양자컴퓨터가 담당하는 거죠. 화학적 원리만으로 문제를 해석하기 때문에 데이터가 없어도 정확한 답을 구할 수 있습니다.“
헤모글로빈의 산소 운반 원리도 HI-VQE로 밝혀냈다. 우리 몸에서 헤모글로빈이 어떻게 산소를 운반하는지는 생명현상의 핵심이지만, 지금까지 정확한 메커니즘을 계산하기 어려웠다. 헤모글로빈의 중심에는 Fe-porphyrin(철 포르피린)이라는 화합물이 있다. 이 물질이 산소와 결합할 때 일어나는 에너지 변화를 정확히 계산하려면 약 1천만 개의 전자 궤도가 서로 어떻게 상호작용하는지 분석해야 한다. 큐노바는 44큐비트 규모로 이를 정확하게 해석해냈다.
우리 일상과 직결된 복잡한 문제도 해결 가능하다.
최적화 문제도 척척
예를 들어 특정 행정 구역에 있는 수만 개의 도로를 보수한다고 생각해보자. 각각의 도로를 언제, 어떤 순서로 보수해야 할지 결정하는 것은 매우 복잡한 문제다. 각 도로를 보수할지 말지를 나타내는 변수를 0 또는 1로 설정한다면, 이번 주에 보수할 도로들을 선택하는 것이 바로 의사결정 변수가 된다. 전체 도로가 몇 백, 몇 천 개라면 문제가 되지 않는데, 10만 개를 넘어선다면 문제가 달라진다. 전체 도로망을 한 번에 고려한 최적 보수 계획을 세우는 것은 기존 방법으로는 불가능하다.
큐노바의 HI-VQA 알고리즘은 10만 개에서 100만 개 변수까지 최적화할 수 있다. 전국 단위의 도로망 최적화도 가능하다는 의미다. “변수가 1만 개 정도 되는 문제는 현재 슈퍼컴퓨터에서도 풀 수 있지만, 10만 개 정도가 되면 슈퍼컴퓨터로도 해결할 수 없는 문제가 됩니다. 도로 보수와 같이 복잡한 문제에 대해 최적화 계산이 가능해지면 비용을 획기적으로 줄이면서도 시민들의 편의는 최대화할 수 있습니다”라고 이 대표는 강조했다.
열역학 기반의 항공기 설계도 가능
비행기 날개 설계 문제는 또 다른 차원의 복잡성을 보여준다. 항공기의 연료 효율성을 높이고 안전성을 개선하려면 날개 주변의 공기 흐름을 정확히 예측해야 한다. 여기에는 기체의 와류 분석, 날개 표면의 물 응집이나 결로 현상 등 복잡한 물리적 현상들이 관련된다. 이런 문제들을 해결하기 위해서는 공간을 매우 작은 격자들로 나누어 각 점에서의 물리적 상태를 계산해야 한다. 이준구 대표는 “현재 슈퍼컴퓨터로는 격자 노드가 1만 개를 넘어가면 계산이 불가능해지는데, 실제 항공기 설계에서는 훨씬 더 정밀한 계산이 필요합니다”라고 설명했다. 큐노바의 HI-VQLS는 10억 개 노드 규모의 문제도 해결할 수 있어, 기존에는 상상할 수 없었던 수준의 정밀한 설계가 가능해진다.
HI-VQE, 98개의 청구항의 원천 특허 출원
큐노바의 핵심 경쟁력 중 하나는 탄탄한 특허 포트폴리오에 있다. HI-VQE 관련해서만 98개의 청구항을 가진 원천 특허를 미국에 출원해 등록을 완료했다. 이 대표는 이를 퀄컴의 CDMA 특허에 비유했다.
“CDMA가 모바일 네트워크 액세스 문제를 해소해 모바일통신 시장의 급성장을 촉발했듯이, 저희 기술도 양자컴퓨팅 시장 형성을 촉진하는 세계 최초 실용 유즈케이스가 될 것입니다.”
실제로 퀄컴은 2016년에만 CDMA 특허 라이선스로 60억 달러의 수익을 올렸다. 큐노바도 양자컴퓨팅 시장이 본격화되면 상당한 특허 수익을 기대할 수 있다.
현재 양자컴퓨팅 하드웨어 시장은 올해 1조원을 넘어섰고, 내년에는 2조원 규모로 성장할 것으로 예측된다. 맥킨지는 2030년 양자컴퓨팅 시장을 930억 달러(약 130조원) 규모로 전망하고 있다.
1-2년 후 나타날 것으로 예상되는 양자컴퓨터 시장 대비
양자컴퓨팅 시장의 성장 잠재력은 무궁무진하다. 큐노바가 타깃으로 하는 계산화학·수치해석·신약·신소재 발굴 및 AI 분야의 2030년 시장 규모는 12.8조원으로 예측된다. 이 중 양자계산이 점유할 수 있는 시장(SAM)은 3.6조원, 큐노바가 직접 공략할 수 있는 시장(SOM)은 5380억원 규모다.
“양자컴퓨터 시장이 본격적으로 시작되는 변곡점이 1-2년 후에 나타날 것으로 예측하고 있습니다. 저희는 이미 그 준비를 마쳤고, 시장을 선도할 수 있는 기술력도 확보했습니다.”
이 대표는 양자컴퓨팅이 단순히 기존 컴퓨팅의 연장선이 아니라 완전히 새로운 패러다임이라고 강조했다. “CPU에서 GPU로, 그리고 이제 QPU(Quantum Processing Unit)로의 진화는 자연스러운 흐름입니다. 저희는 이 변화의 최전선에 있습니다.“
이준구 대표는 “양자컴퓨팅 시장의 트리거 역할을 하겠다”는 포부를 밝혔다. 실제로 큐노바가 세계 최초로 달성한 양자 우위는 이론적 가능성을 현실로 만든 역사적 성과다.
큐노바의 여정은 아직 시작에 불과하다. 2027년 통합 플랫폼 완성, 2030년 200억원 매출 달성이라는 구체적 목표를 향해 나아가고 있다. 더 나아가 양자 AI, 초저전력 GPT 등 차세대 기술들도 준비하고 있다.
한국이 반도체, 배터리에 이어 양자컴퓨팅에서도 글로벌 리더십을 발휘할 수 있을지, 큐노바의 행보가 주목받는 이유다. 이준구 대표가 꿈꾸는 “양자컴퓨팅 시장의 아이폰”이 한국에서 탄생할 그날을 기대해 본다.
Qunova Computing, the world's first to achieve quantum supremacy, makes the impossible a reality with a 1000x faster algorithm
– Achieving quantum supremacy, overcoming the limitations of existing supercomputers
– Calculation that took 100 hours, now in 40 minutes… From road maintenance to new drug and new material development
– “Securing market-leading technology at the inflection point where the quantum computer market begins in earnest”
Qunova Computing (hereinafter referred to as Qunova), a leader in quantum computing innovation, has achieved the world's first quantum advantage with the 'HI-VQE (Handover Iteration Variational Quantum Eigensolver)' algorithm. This has enabled AI to overcome the limitations of only learning previously created materials and create and predict new materials.
Qnova, which started as a faculty startup at KAIST in 2021, is a quantum computing software company led by CEO Lee Jun-gu (concurrently a professor at the Department of Electrical and Electronic Engineering at KAIST). Qnova plans to release all algorithms, including HI-VQE for solving chemical problems, HI-VQA for optimization solutions, and HI-VQLS for thermodynamics, within the year, and Milky Way, a quantum algorithm-based new drug and new material design platform for the general public, and Pulsar, a molecular analysis software, by 2027.
Qnova is also conducting research with RIKEN in Japan, which owns the world's second-largest supercomputer, Fugaku. Through joint research with RIKEN, Qnova is proving that its quantum algorithm is faster and more accurate than the world's best supercomputer.
We met with CEO Lee Jun-goo at his office in Gangnam-gu, Seoul, and talked about quantum computing, quantum supremacy, the algorithms and software that Qnova is developing, and its business plans.
Quantum Computers and Quantum Supremacy
The computers we use today process information using bits of 0 and 1. However, quantum computers use a different unit called 'qubit'. The core of qubits lies in the quantum mechanical phenomena called 'superposition' and 'entanglement'. Superposition allows 0 and 1 to exist at the same time, and entanglement allows multiple qubits to be connected to each other and share information. If a conventional computer finds a way to solve a maze one by one, a quantum computer has the ability to explore all paths simultaneously. Therefore, it can calculate exponentially faster in certain problems. For example, the way a conventional computer finds the exit in a maze is like exploring paths one by one. It goes through path A, and if it's a dead end, it comes back and tries path B sequentially. On the other hand, a quantum computer can explore all paths simultaneously by utilizing the quantum mechanical phenomena called superposition and entanglement.
Each additional qubit doubles the computational power. With 40 qubits, petascale computing is possible, and with 60 qubits, problems that are impossible with current supercomputers can be solved. This is why 60 qubits are important. Quantum supremacy refers to a state where a quantum computer can calculate a specific problem faster and more accurately than a conventional supercomputer. In other words, problems that were impossible with a conventional supercomputer can be solved with a quantum computer. In theory, quantum supremacy starts with 40 qubits, but for practical industrial use, 60 qubits or more are needed.
World's first quantum supremacy achieved… Calculation results publicly demonstrated
Qnova has recently attracted attention by commercializing the world's first algorithm that achieved quantum supremacy. Currently, VQE (Variational Quantum Eigensolver, a hybrid quantum algorithm that combines quantum computers and classical computers) is a core algorithm that accounts for 40-50% of the quantum computing market. Qnova's HI-VQE is 100 times more efficient than VQE, and HI-VQE is 68 qubits in scale.
In March, Qnova registered the HI-VQE algorithm on IBM's Qiskit Functions platform (a core platform created by IBM to build a quantum computing ecosystem, which can be called the 'app store' of the quantum computing field).
The representative explained, “There are seven software registered in IBM’s Qiskit Functions, and Qnova is the only one that has achieved quantum supremacy. There are about 80 quantum computing software companies around the world, but most of them create products by combining software floating around the Internet. Without original technology, there is no true competitiveness.”
“The important thing is not the number of qubits, but achieving a use case that can compute faster and more accurately than current supercomputers, or more accurately. Making something that was previously impossible possible is the essence of quantum supremacy.”
At the '2024 Quantum Korea' event, Qnova presented the world's first real-time demonstration. It showed the molecular structure analysis of a compound called lithium sulfide (Li2S) in real time. This was the world's first public demonstration of the process of obtaining meaningful calculation results in real time using a quantum computer. Until now, quantum computer hardware companies have been able to show that their equipment works, but there has been no demonstration of obtaining meaningful calculation results in real time.
Founded after 30 years of quantum computing research
Qnova, the world’s only quantum supremacy, did not happen overnight. CEO Lee Jun-gu’s quantum computing journey dates back 30 years. CEO Lee, who began quantum computing research at the NEC Research Institute in the United States in 1996, can be said to be a living witness to this field.
“We started full-scale research in 2018 when we first established the university quantum computing ITRC center in Korea. However, research alone had its limitations. We wanted to create technology that could be applied to actual industries, and to do that, we had to start a business.”
Professor Francesco Petruccione of South Africa, who has been conducting joint research with this representative, participated as a co-founder. Professor Petruccione is a world authority in the field of quantum machine learning and is the author of the first quantum machine learning textbook.
Currently, half of the 26 employees are foreigners, 21 are R&D workers, and 14 of them have doctorates. Recently, they have been spurring their entry into the global market by hiring Dr. Jaewan Kim from Amazon as CPO (Chief Product Officer). CPO Jaewan Kim is a software engineering expert with experience in achieving $1 billion in sales at Amazon.
“There were difficulties in securing domestic manpower, but the more important reason is that most of our customers are overseas. We organized our manpower like this for globalization.”
Graduating from the University of Toronto’s Creative Destruction Lab Quantum Stream program in 2022 has also been a huge help in building a global network. Through this program, which started with 50 teams and only 10 graduated, I was able to build a network with global investors such as Bessemer Partners.
The results of 30 years of research into quantum computing are now becoming a reality.
New drugs and materials can be developed even without data
The core of HI-VQE is the 'hybrid approach'. It is a method that alternately utilizes the strengths of quantum computers and conventional computers. The innovation of this methodology is also recognized in the industry. In the past, it was thought that meaningful calculations were impossible with imperfect NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum, the current imperfect but practical quantum computer) quantum computers, but Qnova's hybrid algorithm broke that conventional wisdom.
The representative said, “Just as CPUs did not disappear when GPUs were introduced, quantum computers do not replace existing computers, but rather complement each other. When the strengths of each are extracted and combined, amazing performance is achieved. We were the first to introduce this methodology, and we have also secured the original patent. With this technology, we have achieved quantum supremacy for the first time in the world.”
The area where the HI-VQE algorithm will bring the greatest innovation is the development of new drugs and new materials. Currently, AI-based new drug development is in the spotlight, but its limitations are clear. AI must learn from existing data, and it does not work well in new areas where there is no data.
“Quantum computers are responsible for new areas of calculation that AI cannot do. Since they interpret problems based solely on chemical principles, they can obtain accurate answers even without data.”
The principle of hemoglobin's oxygen transport was also discovered by HI-VQE. How hemoglobin transports oxygen in our bodies is the core of life phenomena, but it has been difficult to calculate the exact mechanism until now. At the center of hemoglobin is a compound called Fe-porphyrin. To accurately calculate the energy change that occurs when this substance combines with oxygen, it is necessary to analyze how approximately 10 million electron orbitals interact with each other. Qnova accurately interpreted this on a 44-qubit scale.
It is also possible to solve complex problems directly related to our daily lives.
Optimization problems are also easy to solve
For example, let's say you're repairing tens of thousands of roads in a certain administrative district. Deciding when and in what order to repair each road is a very complex problem. If you set the variable indicating whether to repair each road to 0 or 1, then choosing which roads to repair this week becomes a decision variable. If the total number of roads is a few hundred or a few thousand, this is not a problem, but if it exceeds 100,000, the problem is different. It is impossible to establish an optimal repair plan that considers the entire road network at once using existing methods.
Qnova's HI-VQA algorithm can optimize from 100,000 to 1 million variables. This means that nationwide road network optimization is also possible. "Problems with about 10,000 variables can be solved on current supercomputers, but problems with about 100,000 variables become unsolvable even for supercomputers. If optimization calculations are possible for complex problems such as road maintenance, we can drastically reduce costs while maximizing convenience for citizens," Lee emphasized.
Thermodynamic-based aircraft design is also possible
The design problem of aircraft wings shows another level of complexity. In order to increase the fuel efficiency and improve the safety of aircraft, the airflow around the wings must be accurately predicted. This involves complex physical phenomena such as vortex analysis of the airframe and water condensation or condensation on the wing surface. To solve these problems, the space must be divided into very small grids and the physical state at each point must be calculated. “Current supercomputers cannot calculate when the number of grid nodes exceeds 10,000, but in actual aircraft design, much more precise calculations are required,” explained Lee Jun-gu, CEO. Qnova’s HI-VQLS can solve problems on the scale of 1 billion nodes, enabling precise designs that were previously unimaginable.
HI-VQE, 98 claims original patent application
One of Qnova’s core competitive advantages is its strong patent portfolio. It has filed and registered a patent in the US with 98 claims related to HI-VQE alone. The CEO likened this to Qualcomm’s CDMA patents.
“Just as CDMA solved the mobile network access problem and triggered a rapid growth in the mobile communications market, our technology will be the world’s first practical use case that will accelerate the formation of the quantum computing market.”
In fact, Qualcomm earned $6 billion from CDMA patent licensing in 2016 alone. Qnova can also expect significant patent revenue once the quantum computing market takes off.
The current quantum computing hardware market has exceeded 1 trillion won this year and is expected to grow to 2 trillion won next year. McKinsey forecasts the quantum computing market to reach 93 billion dollars (approximately 130 trillion won) in 2030.
In preparation for the quantum computer market expected to emerge in 1-2 years
The growth potential of the quantum computing market is limitless. The market size of computational chemistry, numerical analysis, new drug, new material discovery, and AI, which Qnova is targeting, is expected to be 12.8 trillion won in 2030. Of this, the market that quantum computing can occupy (SAM) is 3.6 trillion won, and the market that Qnova can directly attack (SOM) is 538 billion won.
“We predict that the inflection point where the quantum computer market begins in earnest will occur in 1-2 years. We have already completed preparations and secured the technological capabilities to lead the market.”
The representative emphasized that quantum computing is not simply an extension of existing computing, but a completely new paradigm. “The evolution from CPUs to GPUs and now to QPUs (Quantum Processing Units) is a natural flow. We are at the forefront of this change.”
CEO Lee Jun-goo expressed his ambition to “act as a trigger for the quantum computing market.” In fact, Qnova’s quantum supremacy, achieved for the first time in the world, is a historic achievement that has made theoretical possibility a reality.
Qnova’s journey is only just beginning. It is moving towards specific goals of completing the integrated platform by 2027 and achieving sales of 20 billion won by 2030. Furthermore, it is also preparing next-generation technologies such as quantum AI and ultra-low-power GPT.
Whether Korea can demonstrate global leadership in quantum computing, following semiconductors and batteries, is the reason why Qnova’s steps are drawing attention. We look forward to the day when the “iPhone of the quantum computing market” that CEO Lee Jun-gu dreams of will be born in Korea.
世界初の量子優位達成したクノバ(Qunova Computing)、1000倍速いアルゴリズムで不可能を現実に
– 既存のスーパーコム限界を超えた量子優位性を達成
-100時間かかった計算40分で…道路補修から新薬、新素材開発まで
– 「量子コンピュータ市場が本格的に始まる変曲点で市場をリードする技術力確保」
量子コンピューティングの革新を先導するクノバコンピューティング（Qunova Computing、以下、クノバ）は「HI-VQE（Handover Iteration Variational Quantum Eigensolver）」アルゴリズムで世界初の量子優位（Quantum Advantage）を実現した。これにより、これまで作られた物質だけを学習していたAIの限界を超え、新たな物質を創造して予測できるようになった。
2021年にKAISTで教員創業で始まったキュノバは、イ・ジュング代表（KAIST電気電子工学部教授兼任）が率いる量子コンピューティングソフトウェア専門企業だ。キュノバは化学問題解決用HI-VQEと最適化ソリューションHI-VQA、熱力学ソリューションHI-VQLSなどすべてのアルゴリズムを年内に発売し、一般人が使用できる量子アルゴリズムベースの新薬・新素材デザインプラットフォームミルキーウェイ（Milky Way）と分子解析ソフトウェアパルサ（Pulsar）を2027年まで発売
キュノバは、世界で2番目に大きいスーパーコンピュータ「ふくく」を保有した日本のリケン（RIKEN）とも研究を進めている。リケンとの共同研究により、クノバの量子アルゴリズムが世界最高水準のスーパーコンピュータよりも高速で正確であることを立証している。
ソウル江南区事務所で会ったイ・ジュング代表と量子コンピューティング、量子優位性、キュノバが開発しているアルゴリズムとソフトウェア、ビジネス計画について話を交わした。
量子コンピュータと量子優位性
現在、私たちが使用しているコンピュータは0と1のビットで情報を処理します。しかし、量子コンピュータは「キュービット」は異なる単位を使用する。キュービットの核心は「重なり」と「絡み合い」という量子力学的現象にある。ネストは、0と1が同時に存在することを可能にし、もつれは、複数のキュービットが互いに連結されて情報を共有させることである。既存のコンピュータが迷路を解くときに一つずつ道を訪れる方法であれば、量子コンピュータはすべての道を同時に探索する能力を持つ。したがって、特定の問題では、指数関数的に高速な計算が可能です。たとえば、既存のコンピュータが迷路で出口を見つける方法は、1つずつ道を探索するのと同じです。 A道を行って見て行き止まった道なら帰ってきてB道を試みるように順次進行される。一方、量子コンピュータは、重なりともつれという量子力学的現象を活用して、すべての道を同時に探索することができる。
キュービットが1つ追加されるたびに計算能力が2倍ずつ増加する。 40キュービットならペタスケールのコンピューティングが可能で、60キュービットになると現在のスーパーコンピュータでは不可能な問題を解決できる。 60キュービットが重要な理由はここにある。量子優位とは、量子コンピュータが既存のスーパーコンピュータよりも特定の問題でより迅速かつ正確に計算できる状態を実現することをいう。つまり、既存のスーパーコンピュータでは不可能だった問題を量子コンピュータで解決できるようになる。理論的には40キュービットから量子優位が始まるが、実用的な産業活用には60キュービット以上が必要だ。
世界で初めて量子優位達成…
キューノバは最近、世界で初めて量子優位を達成したアルゴリズムを商用化して注目されている。現在、VQE（Variational Quantum Eigensolver、量子コンピュータと古典コンピュータを組み合わせたハイブリッド量子アルゴリズム）は、量子コンピューティング市場の40〜50％を占めるコアアルゴリズムです。このようなVQEよりも性能を100倍以上改善したゲクノバのHI-VQEで、HI-VQEは68キュービット規模だ。
キューノバは去る3月にHI-VQEアルゴリズムをIBMのキスケットファンクションズ(Qiskit Functions、IBMが量子コンピューティングエコシステム構築のために作ったコアプラットフォームとして量子コンピューティング分野の「アプリストア」と言える)プラットフォームに登録した。
この代表は「IBMのキスケット・ファンクションズに登録されたソフトウェアは7つなのに、その中で量子優位を達成したのはキュノバが唯一です。
「重要なのは、キュービット数ではなく、現在のスーパーコンピュータよりも高速で正確に計算したり、より正確に計算するユースケースを達成することです。
キューノバは「2024年クォンタムコリア」のイベントで世界初のリアルタイムデモを披露した。硫化リチウム（Li2S）という化合物の分子構造解析をリアルタイムで示した。これは世界で初めて量子コンピュータを活用し、実際に意味のある計算結果をリアルタイムで得る過程を公開的に見せた事件だった。これまで量子コンピュータハードウェア会社は自分たちの機器が動作することを示すことができたが、実際に意味のある計算結果をリアルタイムで得る実証はなかった。
30年間の量子コンピューティング研究の末に創業
世界唯一の量子優位を達成したキュノバは、ある日突然行われたのではない。イ・ジュング代表の量子コンピューティング旅程は30年前にさかのぼる。 1996年、米国NEC研究所で量子コンピューティング研究を始めたこの代表は、この分野の産証人といえる。
「2018年に韓国で初めて大学量子コンピューティングITRCセンターを誘致しながら本格的な研究を始めました。 ところが研究だけでは限界がありました。
同代表と共同研究をしてきた南アフリカ共和国のフランチェスコ・ペトルチオーネ（Francesco Petruccione）教授が共同創業者として参加した。ペトルチオーネ教授は量子機械学習分野の世界的権威者で、最初の量子機械学習教科書を書いた人物だ。
現在26人の職員の半分が外国人であり、21人が研究開発者、そのうち14人が博士学位所持者だ。最近ではアマゾン出身のキム・ジェワン博士をCPO(Chief Product Officer)に迎え入れ、グローバル市場進出に拍車をかけている。キム・ジェワンCPOは、アマゾンで10億ドルの売上を達成した経歴のソフトウェアエンジニアリング専門家だ。
「国内人材確保の難しさもありましたが、もっと重要な理由は顧客がほとんど海外にいるからです。グローバル化のために人材をこう構成しました」。
2022年にトロント大学の創造的破壊ラボ（Creative Destruction Lab）量子ストリームプログラムを卒業したこともグローバルネットワーク構築に大きな助けとなっている。 50チームが始まり、10チームだけを卒業したこのプログラムを通じて、ベセマーパートナーズのようなグローバル投資会社とネットワーキングを構築した。
30年間、量子コンピューティング研究に没頭してきた成果が、今や現実になっているのだ。
データがなくても新薬、新素材開発可能
HI-VQEの核心は「ハイブリッドアプローチ」にある。量子コンピュータと既存コンピュータの長所を交互に活用する方式だ。この方法論の革新性は業界でも認められている。過去には不完全なNISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum、現在の段階の不完全だが実用的な量子コンピュータ）量子コンピュータでは意味のある計算が不可能だとされていたが、キュノバのハイブリッドアルゴリズムがその通念を破ったのだ。
この代表は「GPUが出たとCPUが消えなかったように、量子コンピュータも既存のコンピュータを置き換えるのではなく、互いに補完する関係です。それぞれのメリットを抜き出して組み合わせると驚くべき性能が出てくるんです。このような方法論を導入したのも私たちが初めてであり、源泉特許も確保しました。この技術で世界初の量子優位を達成することになりました。
HI-VQEアルゴリズムが最大の革新をもたらす分野は、新薬と新素材の開発である。現在、AIベースの新薬開発が脚光を浴びているが、限界も明らかだ。 AIは既存のデータを学習する必要がありますが、データのない新しい領域では正しく機能しません。
「AIができない新しい領域の計算を量子コンピュータが担当するんです。化学的原理だけで問題を解釈するため、データがなくても正確な答えを求めることができます。」
ヘモグロビンの酸素輸送原理もHI-VQEであることがわかった。私たちの体からヘモグロビンがどのように酸素を運ぶかは生命現象の核心だが、これまで正確なメカニズムを計算することは難しかった。ヘモグロビンの中心にはFe-porphyrin（鉄ポルフィリン）という化合物がある。この物質が酸素と結合したときに生じるエネルギー変化を正確に計算するには、約1000万の電子軌道が互いにどのように相互作用するかを分析する必要があります。キューノバは44キュービット規模でこれを正確に解釈した。
私たちの日常に直結した複雑な問題も解決可能だ。
最適化問題も尺度
たとえば、特定の行政区域にある数万の道路を補修すると考えてみましょう。各道路をいつ、どの順序で保守すべきかを決めるのは非常に複雑な問題だ。各道路を保守するかどうかを示す変数を0または1に設定する場合、今週に保守する道路を選択することが意思決定変数になります。全体の道路が数百、数千本であれば問題にはならないが、１０万本を越えると問題が変わる。全道路網を一度に考慮した最適保守計画を立てることは従来の方法では不可能である。
キューノバのHI-VQAアルゴリズムは、10万個から100万個の変数まで最適化できます。全国単位の道路網の最適化も可能だという意味だ。 「変数が1万個程度になる問題は現在、スーパーコンピュータでも解くことができるが、10万個程度になるとスーパーコンピュータでも解決できない問題になります。道路補修のように複雑な問題に対して最適化計算が可能になればコストを画期的に減らしながらも市民の利便性は最大化できる」と述べた。
熱力学ベースの航空機設計も可能
飛行機の翼設計の問題は別の次元の複雑さを示しています。航空機の燃料効率を高め安全性を向上させるには、翼の周囲の空気の流れを正確に予測する必要があります。これには、気体の渦分析、翼表面の水凝集や結露現象など複雑な物理現象が関わる。これらの問題を解決するには、空間を非常に小さな格子に分割して各点での物理的状態を計算する必要があります。イ・ジュング代表は「現在のスーパーコンピュータでは格子ノードが1万個を超えると計算が不可能になるが、実際の航空機設計でははるかに精密な計算が必要です」と説明した。キューノバのHI-VQLSは10億ノード規模の問題も解決でき、従来は想像できなかったレベルの精密な設計が可能となる。
HI-VQE、98の請求項の源泉特許出願
キュノヴァのコア競争力の1つは、強固な特許ポートフォリオにあります。 HI-VQEに関してのみ98の請求項をもつ源泉特許を米国に出願して登録を完了した。この代表はこれをクアルコムのCDMA特許に例えた。
「CDMAがモバイルネットワークアクセス問題を解消し、モバイル通信市場の急成長を促したように、当社技術も量子コンピューティング市場の形成を促進する世界初の実用ユースケースになるでしょう」
実際、クアルコムは2016年にのみCDMA特許ライセンスで60億ドルの収益を上げた。キュノバも量子コンピューティング市場が本格化すれば、相当な特許収益が期待できる。
現在、量子コンピューティングハードウェア市場は今年1兆ウォンを超え、来年は2兆ウォン規模に成長すると予測される。マッキンジは2030年、量子コンピューティング市場を930億ドル（約130兆ウォン）規模で見込んでいる。
1～2年後に現れると予想される量子コンピュータ市場に比べ
量子コンピューティング市場の成長可能性は無関心だ。キュノバがターゲットとする計算化学・数値解析・新薬・新素材発掘及びAI分野の2030年の市場規模は12.8兆ウォンと予測される。このうち量子計算が占有できる市場(SAM)は3.6兆ウォン、キュノバが直接攻略できる市場(SOM)は5380億ウォン規模だ。
「量子コンピュータ市場が本格的に始まる変曲点が1～2年後に現れると予測しています。私たちはすでにその準備を終え、市場を先導できる技術力も確保しました」
同代表は、量子コンピューティングが単に既存のコンピューティングの延長線ではなく、全く新しいパラダイムだと強調した。 「CPUからGPUへ、Quantum Processing Unit（QPU）への進化は自然な流れです。私たちはこの変化の最前線にあります。」
イ・ジュング代表は「量子コンピューティング市場のトリガー役割をする」という抱負を明らかにした。実際にクノバが世界で初めて達成した量子優位は理論的可能性を現実にした歴史的成果だ。
キュノヴァの旅はまだ始まりに過ぎない。 2027年の統合プラットフォームの完成、2030年の200億ウォンの売上達成という具体的な目標に向かって進んでいる。さらに、量子AI、超低電力GPTなど次世代技術も用意している。
韓国が半導体、バッテリーに続いて量子コンピューティングでもグローバルリーダーシップを発揮できるか、キュノバの歩みが注目される理由だ。イ・ジュング代表が夢見る「量子コンピューティング市場のiPhone」が韓国で誕生するその日を期待してみる。
Qunova Computing 是世界上第一个实现量子霸权的公司，它通过速度提高 1000 倍的算法将不可能变为现实
– 实现量子霸权，突破现有超级计算机的局限性
– 计算原本需要 100 个小时，现在只需 40 分钟……从道路维护到新药和新材料开发
– “在量子计算机市场真正起步的转折点上，确保市场领先的技术”
量子计算创新领导者 Qunova Computing（以下简称 Qunova）凭借“HI-VQE（切换迭代变分量子特征求解器）”算法，在全球率先实现了量子优势。这使得人工智能能够突破仅能学习先前创造的材料的局限性，创造和预测新材料。
Qnova 于 2021 年作为 KAIST 的教职员工创业公司成立，是一家量子计算软件公司，由 CEO 李俊九（兼任 KAIST 电气电子工程系教授）领导。Qnova 计划在年内发布所有算法，包括用于解决化学问题的 HI-VQE、用于优化解决方案的 HI-VQA 和用于热力学的 HI-VQLS，并在 2027 年前发布基于量子算法的面向公众的新药和新材料设计平台 Milky Way 以及分子分析软件 Pulsar。
Qnova 还与拥有全球第二大超级计算机富岳（Fugaku）的日本理化学研究所（RIKEN）合作开展研究。通过与理化学研究所的联合研究，Qnova 正在证明其量子算法比全球最强大的超级计算机更快、更准确。
我们在首尔江南区的办公室与首席执行官李俊九会面，讨论了量子计算、量子霸权、Qnova 正在开发的算法和软件以及其商业计划。
量子计算机和量子霸权
我们今天使用的计算机使用0和1的比特来处理信息。然而，量子计算机使用一种不同的单位，称为“量子比特”。量子比特的核心在于量子力学现象“叠加”和“纠缠”。叠加允许0和1同时存在，而纠缠允许多个量子比特相互连接并共享信息。如果传统计算机能够逐一找到解决迷宫的方法，那么量子计算机则能够同时探索所有路径。因此，在某些问题上，它的计算速度可以呈指数级增长。例如，传统计算机在迷宫中找到出口的方式就像一条一条地探索路径。它先走A路径，如果是死路，就折返，依次尝试B路径。而量子计算机可以利用量子力学现象“叠加”和“纠缠”同时探索所有路径。
每增加一个量子比特，计算能力就会翻倍。40个量子比特就能实现千万亿次计算，而60个量子比特则可以解决当前超级计算机无法解决的问题。正因如此，60个量子比特才至关重要。量子霸权是指量子计算机能够比传统超级计算机更快、更准确地计算特定问题的状态。换句话说，传统超级计算机无法解决的问题，量子计算机可以解决。理论上，量子霸权始于40个量子比特，但要真正实现工业应用，则需要60个或更多量子比特。
全球首次实现量子霸权……计算结果公开展示
Qnova 近期因将全球首个实现量子霸权的算法商业化而备受瞩目。目前，VQE（变分量子特征求解器，一种结合量子计算机和经典计算机的混合量子算法）是占据量子计算市场 40-50% 份额的核心算法。Qnova 的 HI-VQE 效率是 VQE 的 100 倍，HI-VQE 规模达 68 个量子比特。
今年3月，Qnova在IBM的Qiskit Functions平台（IBM为构建量子计算生态系统打造的核心平台，堪称量子计算领域的‘应用商店’）上注册了HI-VQE算法。
该代表解释道：“IBM 的 Qiskit Functions 库中注册了七款软件，而 Qnova 是唯一一款实现量子霸权的软件。全球约有 80 家量子计算软件公司，但大多数都是通过组合网络上流传的软件来开发产品。没有原创技术，就没有真正的竞争力。”
重要的不是量子比特的数量，而是实现比现有超级计算机计算速度更快、更准确，或者更精确的用例。让以前不可能的事情成为可能，才是量子霸权的精髓。
在“2024 Quantum Korea”活动上，Qnova 进行了全球首个实时演示。它实时展示了一种名为硫化锂 (Li2S) 的化合物的分子结构分析。这是全球首次公开演示使用量子计算机实时获取有意义的计算结果的过程。迄今为止，量子计算机硬件公司虽然能够证明其设备有效，但尚未有实时获取有意义计算结果的演示。
经过 30 年的量子计算研究而成立
Qnova，全球唯一的量子霸权，并非一朝一夕就能实现的。李准九首席执行官的量子计算之旅，可以追溯到30年前。李准九首席执行官于1996年在美国NEC研究所开始量子计算研究，可以说是这一领域的活生生的见证者。
“我们于2018年在韩国首次建立大学量子计算ITRC中心时，就开始了全面研究。然而，单靠研究有其局限性。我们想要创造出能够应用于实际产业的技术，而要做到这一点，我们必须创业。”
与该代表一直进行联合研究的南非教授Francesco Petruccione作为联合创始人参与其中。Petruccione教授是量子机器学习领域的世界权威，也是第一本量子机器学习教科书的作者。
目前，26名员工中有一半是外国人，21名是研发人员，其中14人拥有博士学位。最近，他们从亚马逊聘请了Jaewan Kim博士担任首席产品官（CPO），以此加速进军全球市场。Jaewan Kim是一位软件工程专家，拥有在亚马逊实现10亿美元销售额的经验。
“虽然在国内招聘人才方面确实存在困难，但更重要的原因是我们的客户大多在海外。我们这样组织人才，是为了实现全球化。”
2022年从多伦多大学创意破坏实验室量子流项目毕业也为我建立全球人脉网提供了巨大的帮助。这个项目最初有50个团队，最终只有10个毕业，通过这个项目，我得以与Bessemer Partners等全球投资者建立人脉网。
量子计算30年的研究成果如今正在成为现实。
即使没有数据也可以开发新药和新材料
HI-VQE 的核心是“混合方法”。这种方法交替利用量子计算机和传统计算机的优势。这种方法的创新性也得到了业界的认可。过去，人们认为不完美的 NISQ（噪声中型量子计算机，目前虽不完美但实用的量子计算机）量子计算机无法进行有意义的计算，但 Qnova 的混合算法打破了这一传统观念。
该代表表示：“正如GPU的出现并没有取代CPU一样，量子计算机也不会取代现有的计算机，而是相互补充。当两者的优势被充分发挥并结合起来时，就能实现惊人的性能。我们是第一个引入这种方法的公司，并且已经获得了原始专利。凭借这项技术，我们在世界上首次实现了量子霸权。”
HI-VQE 算法将带来最大创新的领域是新药和新材料的开发。目前，基于人工智能的新药开发备受关注，但其局限性显而易见。人工智能必须从现有数据中学习，而它在缺乏数据的新领域表现不佳。
量子计算机负责人工智能无法完成的全新计算领域。由于它们仅基于化学原理来解释问题，因此即使没有数据也能获得准确的答案。
HI-VQE 还发现了血红蛋白运输氧气的原理。血红蛋白如何在人体内运输氧气是生命现象的核心，但迄今为止，计算其确切机制一直很困难。血红蛋白的核心是一种名为铁卟啉的化合物。为了准确计算这种物质与氧气结合时发生的能量变化，需要分析大约 1000 万个电子轨道如何相互作用。Qnova 在 44 量子比特的规模上准确地解释了这一点。
还可以解决与我们的日常生活直接相关的复杂问题。
优化问题也很容易解决
例如，假设您正在某个行政区域内维修数万条道路。决定何时以及以何种顺序维修每条道路是一个非常复杂的问题。如果您将指示是否维修每条道路的变量设置为0或1，那么选择本周维修哪些道路就成为一个决策变量。如果道路总数只有几百条或几千条，这还不是问题，但如果道路总数超过10万条，问题就不同了。使用现有方法不可能一次性制定出考虑整个道路网络的最优维修方案。
Qnova 的 HI-VQA 算法可以优化 10 万到 100 万个变量。这意味着全国范围的道路网络优化也成为可能。“目前的超级计算机可以解决约 1 万个变量的问题，但约 10 万个变量的问题即使超级计算机也无法解决。如果能够对道路维护等复杂问题进行优化计算，我们就能大幅降低成本，同时最大限度地为市民提供便利。”李教授强调道。
基于热力学的飞机设计也是可能的
飞机机翼的设计问题展现出另一种程度的复杂性。为了提高燃油效率并增强飞机安全性，必须准确预测机翼周围的气流。这涉及复杂的物理现象，例如机身的涡流分析以及机翼表面的水凝结或冷凝。为了解决这些问题，必须将空间划分为非常小的网格，并计算每个点的物理状态。“目前的超级计算机无法在网格节点数量超过10,000时进行计算，但在实际的飞机设计中，需要更精确的计算，”首席执行官李俊九解释说。Qnova的HI-VQLS可以解决10亿个节点规模的问题，从而实现以前难以想象的精确设计。
HI-VQE，98 要求原始专利申请
Qnova 的核心竞争优势之一是其强大的专利组合。该公司已在美国申请并注册了一项专利，其中仅与 HI-VQE 相关的专利就有 98 项。首席执行官将此与高通的 CDMA 专利进行了类比。
“正如CDMA解决了移动网络接入问题，引发了移动通信市场的快速增长一样，我们的技术将成为世界上第一个实际用例，加速量子计算市场的形成。”
事实上，高通仅在2016年就从CDMA专利许可中赚取了60亿美元。一旦量子计算市场起飞，Qnova也能获得可观的专利收入。
目前量子计算硬件市场规模今年已突破1万亿韩元，预计明年将增长至2万亿韩元。麦肯锡预测，2030年量子计算市场规模将达到930亿美元（约合130万亿韩元）。
为预计1-2年后出现的量子计算机市场做准备
量子计算市场的增长潜力无限。Qnova 瞄准的计算化学、数值分析、新药、新材料发现和人工智能等市场规模预计到 2030 年将达到 12.8 万亿韩元。其中，量子计算能够占领的市场（SAM）为 3.6 万亿韩元，而 Qnova 能够直接进攻的市场（SOM）为 5380 亿韩元。
“我们预测，量子计算机市场真正启动的拐点将在1-2年内出现。我们已经做好了准备，并具备了引领市场的技术实力。”
该代表强调，量子计算不仅仅是现有计算的延伸，而是一个全新的范式。“从CPU到GPU，再到现在的QPU（量子处理单元）的演进是一个自然的进程。我们正处于这一变革的前沿。”
李准九代表表达了“成为量子计算市场触发器”的雄心。事实上，Qnova在世界范围内首次实现的量子霸权，是将理论可能性变为现实的历史性成就。
Qnova 的征程才刚刚开始。它正朝着具体的目标迈进，即到 2027 年完成集成平台，到 2030 年实现 200 亿韩元的销售额。此外，它还在为量子 AI 和超低功耗通用物理引擎 (GPT) 等下一代技术做准备。
韩国能否继半导体和电池之后，在量子计算领域展现出全球领先地位，正是Qnova的动向备受关注的原因。我们期待李准九代表梦想中的“量子计算市场的iPhone”在韩国诞生的那一天。
Qunova Computing, la première société au monde à atteindre la suprématie quantique, fait de l'impossible une réalité grâce à un algorithme 1000 fois plus rapide
– Atteindre la suprématie quantique, en surmontant les limites des supercalculateurs existants
– Un calcul qui prenait 100 heures, maintenant en 40 minutes… De l'entretien des routes au développement de nouveaux médicaments et de nouveaux matériaux
– « Assurer une technologie de pointe au point d'inflexion où le marché des ordinateurs quantiques démarre véritablement »
Qunova Computing (ci-après dénommée Qunova), leader de l'innovation en informatique quantique, a obtenu le premier avantage quantique au monde grâce à l'algorithme « HI-VQE » (Handover Iteration Variational Quantum Eigensolver). Cet algorithme permet à l'IA de surmonter les limites de l'apprentissage des matériaux déjà créés et de créer et prédire de nouveaux matériaux.
Qnova, créée en 2021 par une équipe de professeurs du KAIST, est une société de logiciels d'informatique quantique dirigée par son PDG Lee Jun-gu (également professeur au département de génie électrique et électronique du KAIST). Qnova prévoit de publier tous ses algorithmes, notamment HI-VQE pour la résolution de problèmes chimiques, HI-VQA pour les solutions d'optimisation et HI-VQLS pour la thermodynamique, d'ici 2027. Elle prévoit également de lancer Milky Way, une plateforme de conception de nouveaux médicaments et matériaux basée sur des algorithmes quantiques et destinée au grand public, ainsi que Pulsar, un logiciel d'analyse moléculaire.
Qnova mène également des recherches avec le RIKEN au Japon, qui possède le deuxième plus grand supercalculateur au monde, Fugaku. Grâce à ces recherches conjointes avec le RIKEN, Qnova prouve que son algorithme quantique est plus rapide et plus précis que le meilleur supercalculateur au monde.
Nous avons rencontré le PDG Lee Jun-goo dans son bureau de Gangnam-gu, à Séoul, et avons parlé de l'informatique quantique, de la suprématie quantique, des algorithmes et des logiciels que Qnova développe, ainsi que de ses plans commerciaux.
Ordinateurs quantiques et suprématie quantique
Les ordinateurs que nous utilisons aujourd'hui traitent l'information à l'aide de bits de 0 et 1. Cependant, les ordinateurs quantiques utilisent une unité différente appelée « qubit ». Le cœur des qubits réside dans les phénomènes de mécanique quantique appelés « superposition » et « intrication ». La superposition permet à 0 et 1 de coexister, tandis que l'intrication permet à plusieurs qubits d'être connectés entre eux et de partager des informations. Si un ordinateur conventionnel parvient à résoudre un labyrinthe un par un, un ordinateur quantique est capable d'explorer tous les chemins simultanément. Il peut donc calculer exponentiellement plus vite dans certains problèmes. Par exemple, la façon dont un ordinateur conventionnel trouve la sortie d'un labyrinthe est similaire à l'exploration des chemins un par un. Il emprunte le chemin A, et si c'est une impasse, il revient en arrière et essaie le chemin B séquentiellement. En revanche, un ordinateur quantique peut explorer tous les chemins simultanément en utilisant les phénomènes de mécanique quantique appelés « superposition » et « intrication ».
Chaque qubit supplémentaire double la puissance de calcul. Avec 40 qubits, le calcul pétascale est possible, et avec 60 qubits, des problèmes impossibles à résoudre avec les supercalculateurs actuels peuvent être résolus. C'est pourquoi 60 qubits sont importants. La suprématie quantique désigne un état dans lequel un ordinateur quantique peut calculer un problème spécifique plus rapidement et avec plus de précision qu'un supercalculateur classique. Autrement dit, des problèmes impossibles à résoudre avec un supercalculateur classique peuvent être résolus avec un ordinateur quantique. En théorie, la suprématie quantique commence avec 40 qubits, mais pour une utilisation industrielle pratique, 60 qubits ou plus sont nécessaires.
Première suprématie quantique au monde obtenue… Résultats de calculs démontrés publiquement
Qnova a récemment attiré l'attention en commercialisant le premier algorithme au monde à atteindre la suprématie quantique. Actuellement, le VQE (Variational Quantum Eigensolver, un algorithme quantique hybride combinant ordinateurs quantiques et ordinateurs classiques) est un algorithme clé qui représente 40 à 50 % du marché de l'informatique quantique. Le HI-VQE de Qnova est 100 fois plus efficace que le VQE, et ce dernier a une échelle de 68 qubits.
En mars, Qnova a enregistré l'algorithme HI-VQE sur la plateforme Qiskit Functions d'IBM (une plateforme principale créée par IBM pour construire un écosystème informatique quantique, que l'on peut appeler « l'app store » du domaine de l'informatique quantique).
Le représentant a expliqué : « Sept logiciels sont enregistrés dans Qiskit Functions d'IBM, et Qnova est le seul à avoir atteint la suprématie quantique. Il existe environ 80 éditeurs de logiciels d'informatique quantique dans le monde, mais la plupart créent des produits en combinant des logiciels circulant sur Internet. Sans technologie originale, pas de véritable compétitivité. »
L'important n'est pas le nombre de qubits, mais de parvenir à un cas d'utilisation permettant des calculs plus rapides et plus précis que ceux des supercalculateurs actuels, voire plus précis. Rendre possible ce qui était auparavant impossible est l'essence même de la suprématie quantique.
Lors de l'événement « 2024 Quantum Korea », Qnova a présenté la première démonstration mondiale en temps réel. Elle a montré l'analyse de la structure moléculaire d'un composé appelé sulfure de lithium (Li2S) en temps réel. Il s'agissait de la première démonstration publique au monde du processus d'obtention de résultats de calcul significatifs en temps réel à l'aide d'un ordinateur quantique. Jusqu'à présent, les fabricants de matériel informatique quantique ont pu démontrer le fonctionnement de leurs équipements, mais aucune démonstration d'obtention de résultats de calcul significatifs en temps réel n'avait été réalisée.
Fondée après 30 ans de recherche en informatique quantique
Qnova, la seule suprématie quantique au monde, ne s'est pas imposée du jour au lendemain. L'aventure de son PDG Lee Jun-gu dans l'informatique quantique remonte à 30 ans. Ce dernier, qui a débuté ses recherches en informatique quantique à l'Institut de recherche NEC aux États-Unis en 1996, peut être considéré comme un témoin vivant de ce domaine.
Nous avons lancé des recherches à grande échelle en 2018, avec la création du centre universitaire d'informatique quantique ITRC en Corée. Cependant, la recherche seule avait ses limites. Nous souhaitions créer une technologie applicable à des industries concrètes, et pour cela, nous devions créer une entreprise.
Le professeur Francesco Petruccione d'Afrique du Sud, qui a mené des recherches conjointes avec ce représentant, a participé en tant que cofondateur. Le professeur Petruccione est une autorité mondiale dans le domaine de l'apprentissage automatique quantique et est l'auteur du premier manuel sur ce sujet.
Actuellement, la moitié des 26 employés sont étrangers, 21 sont des chercheurs et développeurs, et 14 d'entre eux sont titulaires d'un doctorat. Récemment, l'entreprise a accéléré son entrée sur le marché international en recrutant le Dr Jaewan Kim, d'Amazon, au poste de CPO (Chief Product Officer). Expert en ingénierie logicielle, Jaewan Kim a réalisé un chiffre d'affaires d'un milliard de dollars chez Amazon.
« Nous avons rencontré des difficultés pour recruter de la main-d'œuvre locale, mais la raison principale est que la plupart de nos clients sont étrangers. Nous avons organisé notre main-d'œuvre de cette manière pour la mondialisation. »
L'obtention du diplôme du programme Quantum Stream du Creative Destruction Lab de l'Université de Toronto en 2022 m'a également été d'une grande aide pour me constituer un réseau international. Grâce à ce programme, qui a débuté avec 50 équipes et dont seulement 10 ont obtenu leur diplôme, j'ai pu me constituer un réseau avec des investisseurs internationaux comme Bessemer Partners.
Les résultats de 30 années de recherche sur l’informatique quantique deviennent désormais une réalité.
De nouveaux médicaments et matériaux peuvent être développés même sans données
Le cœur de HI-VQE est l'approche hybride. Il s'agit d'une méthode qui exploite alternativement les atouts des ordinateurs quantiques et des ordinateurs conventionnels. L'innovation de cette méthodologie est également reconnue dans le secteur. Par le passé, on pensait que les ordinateurs quantiques imparfaits NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum, l'ordinateur quantique actuel, imparfait mais pratique) ne permettaient pas d'effectuer des calculs significatifs, mais l'algorithme hybride de Qnova a brisé cette idée reçue.
Le représentant a déclaré : « Tout comme les processeurs n'ont pas disparu avec l'arrivée des GPU, les ordinateurs quantiques ne remplacent pas les ordinateurs existants, mais se complètent. En combinant les atouts de chacun, on obtient des performances exceptionnelles. Nous avons été les premiers à introduire cette méthodologie et nous en avons également obtenu le brevet initial. Grâce à cette technologie, nous avons atteint la suprématie quantique pour la première fois au monde. »
Le domaine dans lequel l'algorithme HI-VQE apportera la plus grande innovation est le développement de nouveaux médicaments et de nouveaux matériaux. Actuellement, le développement de nouveaux médicaments basé sur l'IA est au centre des préoccupations, mais ses limites sont évidentes. L'IA doit apprendre à partir des données existantes, et elle ne fonctionne pas bien dans les nouveaux domaines où les données sont inexistantes.
Les ordinateurs quantiques permettent de nouveaux domaines de calcul que l'IA ne peut pas prendre en charge. Puisqu'ils interprètent les problèmes en se basant uniquement sur des principes chimiques, ils peuvent obtenir des réponses précises même sans données.
Le principe du transport de l'oxygène par l'hémoglobine a également été découvert par HI-VQE. Le transport de l'oxygène par l'hémoglobine dans notre corps est au cœur des phénomènes de la vie, mais il était jusqu'à présent difficile d'en calculer le mécanisme exact. Au cœur de l'hémoglobine se trouve un composé appelé Fe-porphyrine. Pour calculer avec précision la variation d'énergie qui se produit lorsque cette substance se combine à l'oxygène, il est nécessaire d'analyser l'interaction d'environ 10 millions d'orbitales électroniques. Qnova a interprété ce phénomène avec précision à l'échelle de 44 qubits.
Il est également possible de résoudre des problèmes complexes directement liés à notre vie quotidienne.
Les problèmes d’optimisation sont également faciles à résoudre
Par exemple, imaginons que vous répariez des dizaines de milliers de routes dans une circonscription administrative. Déterminer quand et dans quel ordre réparer chaque route est un problème très complexe. Si vous définissez la variable indiquant si chaque route doit être réparée à 0 ou 1, le choix des routes à réparer cette semaine devient une variable de décision. Si le nombre total de routes est de quelques centaines ou de quelques milliers, ce n'est pas un problème, mais s'il dépasse 100 000, le problème est différent. Il est impossible d'établir un plan de réparation optimal prenant en compte l'ensemble du réseau routier en une seule fois avec les méthodes existantes.
L'algorithme HI-VQA de Qnova peut optimiser de 100 000 à 1 million de variables. Cela signifie qu'il est également possible d'optimiser le réseau routier national. « Les supercalculateurs actuels peuvent résoudre des problèmes comportant environ 10 000 variables, mais ceux comportant environ 100 000 variables deviennent insolubles, même pour des supercalculateurs. Si les calculs d'optimisation sont possibles pour des problèmes complexes comme l'entretien des routes, nous pouvons réduire considérablement les coûts tout en maximisant le confort des citoyens », a souligné Lee.
La conception d'avions basée sur la thermodynamique est également possible
La conception des ailes d'avion présente un niveau de complexité supplémentaire. Pour optimiser la consommation de carburant et améliorer la sécurité des avions, il est nécessaire de prédire avec précision l'écoulement de l'air autour des ailes. Cela implique des phénomènes physiques complexes tels que l'analyse des tourbillons de la cellule et la condensation d'eau ou de condensation à la surface de l'aile. Pour résoudre ces problèmes, l'espace doit être divisé en grilles très fines et l'état physique de chaque point doit être calculé. « Les supercalculateurs actuels ne peuvent pas calculer lorsque le nombre de nœuds de la grille dépasse 10 000, mais la conception d'avions nécessite des calculs beaucoup plus précis », explique Lee Jun-gu, PDG. Le HI-VQLS de Qnova peut résoudre des problèmes à l'échelle d'un milliard de nœuds, permettant des conceptions d'une précision jusqu'alors inimaginable.
HI-VQE, 98 revendications de la demande de brevet originale
L'un des principaux atouts concurrentiels de Qnova réside dans son solide portefeuille de brevets. L'entreprise a déposé et enregistré un brevet aux États-Unis, portant sur 98 revendications liées uniquement à la technologie HI-VQE. Le PDG a comparé ce brevet aux brevets CDMA de Qualcomm.
« Tout comme le CDMA a résolu le problème de l’accès au réseau mobile et déclenché une croissance rapide du marché des communications mobiles, notre technologie sera le premier cas d’utilisation pratique au monde qui accélérera la formation du marché de l’informatique quantique. »
En fait, Qualcomm a gagné 6 milliards de dollars grâce aux licences de brevets CDMA rien qu'en 2016. Qnova peut également s'attendre à des revenus de brevets importants lorsque le marché de l'informatique quantique décollera.
Le marché actuel du matériel informatique quantique a dépassé 1 000 milliards de wons cette année et devrait atteindre 2 000 milliards de wons l'année prochaine. McKinsey prévoit que le marché de l'informatique quantique atteindra 93 milliards de dollars (environ 130 000 milliards de wons) en 2030.
En prévision du marché des ordinateurs quantiques qui devrait émerger dans 1 à 2 ans
Le potentiel de croissance du marché de l'informatique quantique est illimité. Le marché de la chimie computationnelle, de l'analyse numérique, de la découverte de nouveaux médicaments et matériaux, ainsi que de l'IA, ciblé par Qnova, devrait atteindre 12 800 milliards de wons en 2030. Sur ce total, le marché que l'informatique quantique peut occuper (SAM) représente 3 600 milliards de wons, et celui que Qnova peut attaquer directement (SOM) représente 538 milliards de wons.
« Nous prévoyons que le point d'inflexion, où le marché des ordinateurs quantiques prendra véritablement son envol, se produira d'ici un à deux ans. Nous avons déjà terminé les préparatifs et acquis les capacités technologiques nécessaires pour dominer le marché. »
Le représentant a souligné que l'informatique quantique n'est pas une simple extension de l'informatique existante, mais un paradigme entièrement nouveau. « L'évolution des CPU vers les GPU, puis vers les QPU (unités de traitement quantiques), est une évolution naturelle. Nous sommes à l'avant-garde de ce changement. »
Le PDG Lee Jun-goo a exprimé son ambition de « servir de catalyseur pour le marché de l'informatique quantique ». En réalité, la suprématie quantique de Qnova, obtenue pour la première fois au monde, est une avancée historique qui a fait d'une possibilité théorique une réalité.
L'aventure de Qnova ne fait que commencer. L'entreprise se fixe des objectifs précis : achever la plateforme intégrée d'ici 2027 et réaliser un chiffre d'affaires de 20 milliards de wons d'ici 2030. Par ailleurs, elle prépare également des technologies de nouvelle génération telles que l'IA quantique et le GPT ultra-basse consommation.
La capacité de la Corée à s'imposer comme un leader mondial dans le domaine de l'informatique quantique, après les semi-conducteurs et les batteries, est la raison pour laquelle les initiatives de Qnova suscitent l'intérêt. Nous attendons avec impatience le jour où « l'iPhone du marché de l'informatique quantique », dont rêve son PDG Lee Jun-gu, verra le jour en Corée.
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