퀀텀 컴퓨팅(Quantum computing)은 양자 기술(Quantum technology)의 대표주자로 인공지능(AI)과 함께 최근 글로벌 시장에서 가장 각광받고 있는 분야다. 디지털 컴퓨팅이 주도하는 기존 컴퓨터의 패러다임을 완전히 바꿀 것으로 예상되는 퀀텀 컴퓨팅은 기존 컴퓨터가 풀기 어려운 미지의 영역까지도 해결의 실마리를 제공하는 막강 영향력을 행사할 것으로 기대한다. 이에 따라 우리 정부도 양자 기술의 선도국가가 되기 위해 노력하고 있다. 그렇다면 퀀텀 컴퓨팅 ‘격전지’에서는 어떤 일이 벌어지고 있는지 따라가 보기로 한다. <편집자 주>

 

 

[뉴스투데이=최봉 산업경제 전문기자] 2019년 10월 23일 구글과 관련한 엄청난 뉴스가 세상에 알려진다.

 

구글의 연구원들은 ‘시커모어(Sycamore)’라는 이름의 자사 퀀텀 컴퓨터(Quantum computer, 양자 컴퓨터. ※편의상 두 용어를 혼용할 예정)가 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터가 1만년이 걸리는 계산을 200초 만에 수행했다고 주장한 것이다.

 

과학저널 네이처(Nature)와 자사 블로그 게시물을 통해, 연구원들은 최초로 ‘양자 우월성(quantum supremacy)’을 달성했다고 주장하는 역사적 사건이었다.

 

 

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• 구글의 퀀텀 컴퓨터 ‘시커모어’, 최초로 ‘양자 우월성’ 달성

 

이 소식을 접한 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터의 주인은 기분이 어땠을까? 컴퓨터 업계의 거인 IBM의 심기를 불편하게 만든 것은 당연한 일일 것이다.

 

IBM은 블로그 게시물에서 구글이 컴퓨팅 작업의 어려움을 과대평가했다고 말하면서, 이 문제를 기존 컴퓨터로 1만년이 아닌 단 2.5일 만에 해결할 수 있다고 반박했다.

 

그러면서 IBM은 “우리는 양자 컴퓨터가 처음으로 기존 컴퓨터가 할 수 없는 일을 했다는 주장을 회의적으로 다룰 것을 커뮤니티에 촉구한다”고 말했다(CNN, 2019.10).

 

이 같은 IBM의 반응에 대해 구글 CEO 순다르 피차이(Sundar Pichai)는 한 매체와의 인터뷰에서 시커모어의 계산 수행을 라이트 형제의 비행 시도와 비교하면서 연구원들의 주장을 옹호했다.

 

피차이는 “첫 번째 비행기는 12초만 비행했기 때문에 실제 적용이 불가능하다. 하지만 비행기가 날 수 있다는 가능성을 보여주었다.”고 얘기했다(MIT Technology Review, 2019.10).

 

IBM과 구글 두 거인 간 자존심 걸린 싸움 얘기는 추후에 다룰 기회가 있을 것이다.

 

 

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• 퀀텀 컴퓨팅, 기존 컴퓨팅으로는 풀기 어려운 문제 해결

 

앞서 '기존 컴퓨터', '퀀텀 컴퓨터'라는 용어를 언급했었다. 그렇다면 (포괄적으로) 퀀텀 컴퓨팅(Quantum computing)이란 무엇인가?

 

퀀텀 컴퓨팅은 양자 이론(quantum theory)의 원리에 기반한 기술 개발에 중점을 둔 컴퓨터 과학 분야이다. 퀀텀 컴퓨팅은 ‘양자 물리학의 고유한 동작’을 사용하여 기존 컴퓨팅으로는 너무 복잡해서 풀기 어려운 문제를 해결한다.

 

기존 컴퓨터(디지털 컴퓨터)는 수십 년 동안 우리가 정보를 더 쉽게 처리할 수 있도록 역할을 수행해왔다. 그러나 퀀텀 컴퓨터는 컴퓨팅을 완전히 새로운 차원(컴퓨팅에 대한 완전히 새로운 접근 방식)으로 끌어올릴 준비가 되어 있다.

 

그리고 퀀텀 컴퓨터는 기존 컴퓨터를 대체하지는 않겠지만 양자 물리학의 원리를 사용하여 오늘날의 컴퓨터가 할 수 없는 매우 복잡한 문제를 해결할 수 있을 것이다.

 

 

퀀텀 컴퓨터를 알아가기 위해서는 ‘큐비트(Quantum + Bit = Qubit)’를 이해해야 한다.

 

기존 디지털기기를 구동하는 기술인 클래식 컴퓨팅은 비트(bit)를 기반으로 한다. 비트는 ‘0 또는 1을 저장’할 수 있는 정보 단위다.

 

반면, 퀀텀 컴퓨팅은 ‘0과 1을 저장’할 수 있는 큐비트(0과 1의 모든 조합을 동시에 나타낼 수 있음)를 기반으로 한다. 

(※퀀텀 컴퓨팅의 작동 방식 관련 내용은 다음 편에서 자세하게 다룰 예정이다.)

 

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• 주요 컴퓨팅 회사는 이미 퀀텀 클라우드 제품으로 QaaS 제공

 

퀀텀 컴퓨터는 일반적인 랩톱, 데스크톱 컴퓨터와 다르다(당분간은 저렴하게 구입하기 어려울 듯). 주요 문제를 해결할 수 있는 퀀텀 컴퓨터는 소수의 핵심 업체가 운영하는 값 비싸고 복잡한 기계가 될 것이다.

 

향후 몇 년 동안 퀀텀 컴퓨팅의 주요 업체와 소규모 신생 기업 집단은 컴퓨터가 처리할 수 있는 큐비트 수를 꾸준히 늘릴 것이다. 맥킨지(McKinsey)는 2030년까지 약 5천대의 퀀텀 컴퓨터만 작동할 것으로 추정한다.

 

게다가 가장 복잡한 문제를 처리하는 데 필요한 하드웨어와 소프트웨어는 2035년 이후까지 존재하지 않을 수 있다고 주장한다(“What is quantum computing?”, McKinsey, 2023.5).

 

 

그렇지만 일부 기업은 이보다 앞서 퀀텀 컴퓨팅에서 가치를 창출하기 시작했다.

 

퀀텀 컴퓨터의 유용성을 알고 이를 활용하고 싶다 하더라도 대부분의 조직에서 퀀텀 컴퓨터를 구축하거나 구매할 가능성은 작다. 대신 원격 액세스를 지원하는 클라우드 기반 서비스를 사용할 수 있다.

 

몇몇 주요 컴퓨팅 회사는 이미 퀀텀 클라우드 제품을 발표했다. 예를 들면 Amazon Braket, Microsoft Azure Quantum 및 Rigetti Quantum Cloud Services는 모두 퀀텀 컴퓨팅을 서비스로 제공(QaaS; Quantum Computing as a Service)한다.

 

다음 편부터 퀀텀 컴퓨팅을 들여다보는 흥미진진한 여정을 본격적으로 시작하겠다.

 

 

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