(Radiall)양자컴퓨터 극저온 배선, 208채널을 한 번에 해결하는 방법

양자컴퓨터 안으로 들어가는 RF 신호 배선, Radiall이 모듈 하나로 정리했습니다

양자컴퓨터 사진을 보신 적 있나요? 황금빛으로 반짝이는 샹들리에 같은 구조물이 천장에서 내려오고, 그 아래로 수많은 선이 가지런히 뻗어 있는 모습입니다. 멋있어 보이지만, 연구하는 분들께는 그 선 하나하나가 모두 해결해야 할 숙제입니다.

Qubit(큐빗)이 계산을 이어가려면 칩을 절대영도에 가까운 약 10 mK까지 식혀야 하는데, 그 안으로 신호를 보내는 케이블은 열을 끌고 들어오면 안 되고, 신호는 깨끗하게 전달해야 하고, 큐빗 수가 늘어날수록 수십, 수백 가닥이 좁은 공간에 들어가야 합니다.

오늘은 이 숙제를 풀기 위해 Radiall이 내놓은 양자 컴퓨팅 라인업과, 그중에서도 208채널을 한 번에 연결하는 고밀도 RF 모듈러 솔루션을 소개해 드립니다.

■ 양자컴퓨터 연구실은 네 가지로 이루어집니다

양자컴퓨터 연구실은 크게 네 부분으로 나눠 볼 수 있습니다. 이 구분을 알고 나면 Radiall 제품이 어디에 쓰이는지 한눈에 들어옵니다.

▸ ① Control Rack(컨트롤 랙): 마이크로파 신호를 만들고 큐빗의 응답을 분석하는 제어 장치입니다.

▸ ② Cryostat(극저온 냉동기): 양자 프로세서를 약 10 mK까지 식혀서 큐빗이 계산할 시간을 확보합니다.

▸ ③ Qubit Chip(큐빗 칩): 중첩과 얽힘을 이용해 실제 양자 연산을 수행하는 핵심 부품입니다.

▸ ④ Cryogenic Wiring(극저온 배선): 랙과 칩 사이에서 신호를 전달하면서, 손실과 발열은 최소로 줄이는 연결 통로입니다.

양자 컴퓨팅 시장은 앞으로도 꾸준히 커질 전망입니다. Radiall 자료에 인용된 시장 조사에서는 2025년 약 14.7억 달러 규모에서 2032년 약 76억 달러까지, 연평균 약 27% 성장을 예상합니다. 큐빗이 늘어날수록 배선도 함께 늘어나기 때문에, 이 시장에서는 좁은 공간에 많은 채널을 안정적으로 넣는 기술이 점점 더 중요해지고 있습니다.

■ Radiall 양자 라인업, 어디에 무엇이 들어갈까요?

Radiall은 Control Rack(컨트롤 랙), Cryostat(극저온 냉동기) 내부, Qubit Chip(큐빗 칩) 연결, 냉동기 외부 배선(Wiring)까지 네 영역 모두에 맞는 부품을 갖추고 있으며, 이 제품들은 양자 컴퓨팅 전용 라인업인 Cryonium™ 레인지로 묶여 있습니다.

▸ Control Rack(컨트롤 랙): SHF 케이블 어셈블리, Flexible(플렉시블) 및 Hand-formable(핸드 포머블) 케이블, Switch Matrix(스위치 매트릭스), 테스트용 TestPro 케이블 어셈블리

▸ Cryostat(극저온 냉동기) 내부: Semi-Rigid(반정밀) 3D Bending(벤딩) 케이블, SMPM 커넥터, Attenuator(감쇠기) 모듈, 필터, Cryogenic Switch(극저온 스위치), Hermetic Feedthrough(하메틱 피드스루)

▸ Qubit Chip(큐빗 칩) 연결: 고밀도 멀티 코액셜 솔루션 F2C-40

▸ 냉동기 외부 배선(Wiring): DC~50 GHz를 지원하는 .047 Flexible(플렉시블) 케이블

■ 이번 주인공, 208채널 고밀도 RF 모듈러 솔루션

그중에서도 오늘 소개할 제품은 High Density RF Modular Solution(고밀도 RF 모듈러 솔루션) 208 ways(208채널) (P/N OK201050XXX)입니다. RT(상온)에서 들어온 RF 신호를 희석냉동기 안쪽 가장 차가운 MXC(믹싱 챔버) 단까지 208개 채널로 전달하는 Side Loader(사이드 로더) 방식의 배선 모듈이며, Bluefors XLD400과 XLD1000 규격에 맞춰 설계되었습니다.

위 사진이 실제 제품입니다. 금색 모듈 사이를 은색 케이블이 S자 곡선으로 이어 주는 구조이며, 모듈과 모듈 사이를 이 S자 케이블 하네스가 연결합니다.

■ 이런 점이 좋습니다

① 208채널을 한 번에 설치합니다

Stage(단)마다 Harness(하네스) 13개, 하네스당 16채널로 구성되어 총 208개의 케이블 어셈블리가 들어갑니다. 채널마다 따로 배선하지 않고 Stage별 모듈 단위로 구성되어 있어, 208채널이 한 구조물 안에 정돈됩니다.

② Solderless(솔더리스) SMPM 케이블, 10 mK까지 시험 완료

내부 케이블은 납땜 없이 접속하는 Solderless(솔더리스) 방식의 SMPM 케이블 어셈블리입니다. 은도금 CuNi/CuNi .034" 케이블이 기본이며, NbTi/NbTi .034"도 선택할 수 있습니다. 0~18 GHz, 50 Ω 사양이고 10 mK까지 시험을 마쳤습니다.

③ Attenuator(감쇠기)가 모듈 안에 들어 있습니다

열 최적화 설계가 적용된 Attenuator(감쇠기)가 모듈 하우징에 내장되어 있고, 0·5·10·20·45 dB 중에서 Stage별로 선택합니다. 따로 감쇠기를 달 필요 없이, 신호와 열잡음을 단계적으로 낮출 수 있습니다.

④ 빛과 노이즈까지 차단합니다

각 모듈에는 Stage 사이의 light-tightness(차광)을 위한 외부 장착 플레이트가 있고, 시험과 측정에 쓸 온도계 슬롯도 2개 마련되어 있습니다. 마지막 모듈에는 IR(적외선) 필터(CR110, CHR112 기반)와 7.5 GHz 또는 10 GHz LowPass(저역통과) 필터도 구성할 수 있습니다.

⑤ 내 냉동기 치수에 맞춰 조정합니다

표준 치수는 Bluefors XLD400/XLD1000 기준이지만, 사용 중인 냉동기 치수가 다르면 사이드 로더를 조정해서 맞출 수 있습니다.

■ Stage 0부터 5까지, 이렇게 이어집니다

RT(상온)에서 가장 차가운 MXC(믹싱 챔버)까지 총 6개 Stage가 수직으로 이어지는 구조입니다.

Stage 1~5에는 각각 하네스 13개와 SMPM 케이블 어셈블리 208개, 고밀도 모듈 1개가 들어갑니다. 전체 길이는 약 1,233 mm, 폭은 약 192 mm입니다. (도면 표기, 공칭값)

■ 부품별로 자세히 살펴볼까요?

✔ 진공은 지키고 208개 선은 통과시키는 Hermetic Feedthrough(피드스루)

Stage 0에 놓이는 이 부품은 진공 용기의 기밀을 유지한 채 208개 선을 통과시킵니다. IMP pressure contact(압력 접촉) 기술을 적용한 고밀도 구조입니다. 상온 쪽으로는 .047 Flexible(플렉시블) 케이블로 만든 Fan-out(팬아웃)이 나가는데, 케이블 길이와 외부 커넥터는 고객이 원하는 대로 정할 수 있습니다.

✔ 모듈 사이를 잇는 S자 하네스

모듈과 모듈 사이는 S자 형상의 케이블 하네스가 연결합니다. 은색 케이블이 일정한 간격으로 나란히 정렬되어 있습니다.

✔ 한 면에 16채널이 13열, 고밀도 모듈

Multiport(멀티포트) 하우징 안에 16채널 스트립이 13열로 배치되어 Stage당 총 208채널을 수용합니다. 아래 사진은 모듈 접속면을 가까이서 본 모습입니다. 금색 접속부와 케이블이 줄지어 정렬된 모습을 확인할 수 있습니다.

✔ 감쇠기 스트립과 필터

왼쪽 사진은 실제 감쇠기 스트립으로, 스트립마다 0 dB, 5 dB, 45 dB 같은 감쇠값이 각인되어 있습니다. 오른쪽은 IR/LowPass(적외선/저역통과) 필터의 도면입니다. 필터 종류와 수량은 사용 목적에 맞춰 구성합니다.

■ 채널 수가 다르다면? 저밀도 버전과 큐빗 칩용 F2C-40

연구 규모에 따라 필요한 채널 수는 다릅니다. Radiall은 같은 사이드 로더 방식으로 고밀도 최대 208채널과 저밀도 최대 32채널 두 가지 구성을 제공합니다. 둘 다 Bluefors XLD400과 호환되며, Stage 사이 모듈에 감쇠기를 직접 넣는 구성도 가능합니다.

큐빗 칩 바로 앞에서는 F2C-40이 쓰입니다. 납땜이 필요 없는 compression mount(압착) PCB(인쇄회로기판) 인터페이스로, 30×30 mm 기판에 40핀을 3.5 mm 피치로 배치한 고밀도 멀티 코액셜 솔루션입니다. 10 mK 극저온에서 쓸 수 있고, 일반적으로 18 GHz까지 지원합니다. 열팽창에 잘 적응하고, 8~256 IMP까지 매핑을 자유롭게 구성할 수 있으며, 모듈식이라 유지보수도 편리합니다.

■ 10 mK에서도 안정적인 커넥터와 케이블

Radiall은 연구 개발 단계에서 SMA, 2.92, SMP, SMPM 커넥터를 시험해 보았고, VSWR(전압 정재파비)과 삽입 손실, 기계적 특성이 10 mK까지 안정적으로 유지되는 것을 확인했습니다. 케이블은 온도 단계마다 소재를 달리해서 열은 막고 신호는 살립니다.

▸ RT(상온) 구간: 긴 Semi-Rigid(반정밀) 케이블, 정밀하게 구부린 형상

▸ 4 K: 열 차단이 좋은 CuNi(구리-니켈) 반정밀 케이블

▸ 1 K: 열 차단이 더 우수한 NbTi(니오븀-티타늄) 초전도 반정밀 케이블

▸ 10 mK: 큐빗 가까이에서 쓰는, 전도성이 높고 자성이 없는(amagnetic, 비자성) 케이블. 손으로 구부려 모양을 잡을 수 있습니다. (Copper Silver(구리-은) 소재)

■ 왜 Radiall일까요?

Radiall은 1952년 두 형제가 세운 가족 기업으로, 오랫동안 극한 환경에 쓰이는 부품을 만들어 왔습니다. 1983년에는 우주용 제품군을 출시했고, 2020년부터 양자 컴퓨팅 시장에 진입했으며, 2022년에는 양자 연구 컨소시엄 QRYOLINK에 참여했으며, 이를 바탕으로 Cryonium™ 레인지를 갖추고 있습니다.

양자 컴퓨팅용 커넥터, 케이블 어셈블리, 마이크로파 부품은 모두 프랑스 내 자사 공장에서 설계하고 생산하며, ITAR(미국 무기수출통제규정) free 제품입니다. 극저온과 우주 환경에서 쌓은 경험이 그대로 양자 냉동기용 부품에 담겨 있습니다.

■ 기본 사양 한눈에 보기 (OK201050XXX)

· 채널 수: 208 ways (Harness(하네스) 13개 × 16채널)

· 호환 냉동기: Bluefors XLD400 / XLD1000

· 주파수 대역: 0 ~ 18 GHz

· 특성 임피던스: 50 Ω

· 시험 온도: 10 mK까지

· 내부 케이블: SMPM Straight Plug, Solderless(솔더리스), S-shape(S자 형상), 은도금 CuNi/CuNi .034" (NbTi/NbTi .034" 선택 가능)

· 감쇠값: 0 / 5 / 10 / 20 / 45 dB

· 필터: IR(적외선) 필터(CR110, CHR112 기반), LowPass(저역통과) 7.5 GHz / 10 GHz

· Fan-out(팬아웃): .047 Flexible(플렉시블) 케이블, 길이와 외부 커넥터 선택 가능

· 상세 사양은 Radiall Technical Data Sheet(기술 데이터시트, TDS, 2026.03.04 발행) 기준입니다.

■ 문의하기

연구 중인 큐빗 수, 사용하는 냉동기 모델, 필요한 감쇠값과 필터 구성을 알려 주시면 알티테크가 Radiall과 함께 알맞은 구성을 제안해 드립니다. 규격 확인부터 구성 상담까지 편하게 문의해 주세요.

· 전화: 070-5080-2000

· 이메일: sales1@rt-tech.co.kr

· 홈페이지: www.rt-tech.co.kr

· 주소: 경기도 안양시 만안구 덕천로 152번길 25, 안양아이에스비즈타워센트럴 A동 1601호

※ 본 글의 제품 정보는 Radiall 자료를 바탕으로 정리했으며, 실제 구성과 사양은 주문 시 협의에 따라 달라질 수 있습니다. 사진 중 일부는 도면과 예시 이미지입니다.