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양자 컴퓨터 시대 열리나?구글, '양자 우월성' 선언으로 관심 급부상
백재현 기자  |  itbrian@leaders.kr
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승인 2019.11.07  09:15:02
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최근 구글은 슈퍼컴퓨터로도 1만년이나 걸릴 계산을 3분 남짓(200초)만에 끝내는 소위 ‘양자 우월성(Quantum Superemacy)’을 달성했다고 네이처지에 발표해 세계적인 주목을 받았다.

양자 우월성이란 쉽게 말해 양자 컴퓨터가 슈퍼컴퓨터보다 우위에 있음을 입증하는 것을 의미한다. 구글의 이같은 발표는 꿈의 컴퓨터요 게임 체인져로 불리는 양자 컴퓨터에 대한 관심을 새로이 끌어 모았다. 또한 관련 기업들간의 신경전도 벌어지기 시작했다.
 
예컨대 구글이 1만년이나 걸린다고 비교 대상으로 삼은 슈퍼컴퓨터가 바로 IBM의 제품이라서 IBM은 “양자 난수 생성이라는 특정 분야에만 국한 된 것이며 IBM도 구글 수준의 양자컴퓨터 기술을 보유하고 있다”며 불편한 속내를 드러냈다.

양자 컴퓨터는 미래 인류의 삶을 획기적으로 변화시킬 요인 중의 하나로 꼽힌다. 이로 인해 특이점(Singularity)이 앞당겨질 것이라고 주장하는 사람들도 있다.

양자 컴퓨터라는 개념은 1982년 미국의 이론물리학자 리처드 파인만에 의해 처음 제안됐다. 이후 1985년 영국 옥스퍼드대학교의 데이비드 도이치에 의해 구체적인 개념이 정립됐습니다.

 
 

▲ 리처드 파인만
 
 
양자 컴퓨터는 작동 원리가 기존 컴퓨터와 본질적으로 다르다. 기존 컴퓨터의 트랜지스터 대신 양자의 특성을 활용한 큐비트(양자비트)를 기반으로 한다. 트랜지스터는 전류가 흐를 때와 흐르지 않을 때를 ‘0‘과 ’1‘로 구분해서 각종 연산을 처리한다. 결국 트랜지스터를 얼마나 작게 만드느냐가 관건이었다. 하지만 트랜지스터를 물리적으로 무한정 작게 만들 수는 없다.

이에 비해 큐비트는 양자의 특성인 ’중첩‘상태를 활용한다. 즉 ’0‘이면서도 동시에 ’1‘일 수 있는 양자의 성격을 이용해 연산을 하는 것이다. 이에 따라 기존 컴퓨터가 수행하지 못하는 병렬연산이 가능해진다. 예를 들어보자. 두 지점 간에 연결 방법이 100가지가 있는데 그 중에서 가장 짧은 거리를 찾는 문제가 있다고 해보자. 기존 컴퓨터는 100가지 방법을 하나 하나씩 계산해본 뒤 가장 단거리를 찾아낸다. 하지만 양자 컴퓨터는 100가지를 동시에 계산을 하는 것이다. 당연히 빠르다. 게다가 전력소비도 기존 컴퓨터에 비해 훨씬 적다.

컴퓨터에서 4개의 비트가 있다면 이들로 만들 수 있는 조합은 총 16개가 전부였다. 하지만 양자 컴퓨터의 큐비트는 0과 1, 둘 다 가능성이 있기 때문에 16개가 동시에 존재할 수 있으며 큐비트가 하나씩 늘어날 때마다 그 수는 기하급수적으로 증가하게 된다. 이번에 구글은 53 큐비트를 달성했다고 말했다.
 
이같은 양자 컴퓨터의 특성으로 인해 많은 시간과 전력이 소비되는 복잡한 일을 맡을 것으로 보인다. 암호 해독, 신약개발 분야 등이 손꼽히고 있다. 암 정복도 양자 컴퓨터에 달렸다는 주장도 있다.

특히 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI) 등으로 인한 빅데이터 시대에 처리 용량이 폭증할 때 양자 컴퓨터의 위력이 발휘될 것으로 기대된다. 반대로 양자 컴퓨터의 엄청난 연산능력 때문에 블록체인 기술의 보안성이 무력해지는 것이 아니냐는 걱정도 낳고 있다.

미국의 보스톤 컨설팅그룹(BCC)이 전망한 바에 따르면 세계 양자 컴퓨터 시장은 2035년 20억달러 규모를 보이다가 2050년이 되면 2600억달러 규모로 폭발적으로 성장할 전망이다. 당연히 세계적인 기업뿐만 아니라 여러 나라가 경쟁을 벌이고 있다.
 
   

▲ IBM이 개발한 20큐비트급 양자 컴퓨터 'IBM Q 시스템'
 

미국은 이 분야에 매년 2200억원을 투자하고 있고, 중국은 향후 5년간 17조원을 쏟아 부을 계획이다. 우리나라도 향후 5년간 445억원을 투자할 계획이다.

삼성전자는 최근 미국 벤처회사 이온큐(IonQ)에 아랍에미리트 무바달라캐피탈과 함께 5500만달러(약 645억원)를 투자한다고 발표했다. 양사의 투자 비율이 공개되지 않아서 삼성전자가 정확히 얼마나 투자했는지는 알 수 없지만 이 자금으로 이온큐는 범용 양자컴퓨터를 개발하고 이를 상업적 형태로 일반에 제공한다고 발표했다. 삼성전자는 이에 앞서 양자컴퓨터 소프트웨어 전문 업체 알리로에 270만달러(약 32억원)을 투자하기도 했다. 삼성전자는 앞서가는 구글, IBM, 마이크로소프트, 인텔, 알리바바 등을 따라잡기 위해 열심히 뛰고 있는 것이다.
 
양자 컴퓨터에 대한 오해와 한계도 존재 한다. 우선 큐비트를 무한히 늘릴 수는 없다. 큐비트가 늘어날수록 미시세계 즉 양자의 성격을 잃어버릴 수 있기 때문이다. 이 때문에 양자 컴퓨터는 상용화 될 수 없을 것이라고 주장하는 전문가도 없지 않다. 또한 고전 컴퓨터가 쉽게 해결하는 문제도 양자 컴퓨터는 해결하지 못하는 경우도 있다. 출력값으로부터 입력값을 알아내는 문제 중에서 예를 들어 x제곱=1에서 x가 1일 수도, -1일수도 있는 문제는 양자 컴퓨터는 해결하지 못한다. 또한 개인용 컴퓨터로 발전하지도 않을 것으로 예상된다.

이와 함께 양자 컴퓨터가 제대로 작동하기 위해선 절대 0도(-273.15℃)에 가까운 온도를 유지해야 하는 어려움도 있다. 결국 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터를 대체하기 보다는 보완하는 관계로 보는 시각이 우세하다.
 

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