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[퀀텀 컴퓨팅 들여다보기 (5)] 퀀텀 컴퓨터는 여전히 ‘니스크(NISQ)’ 시대, 하지만 잠재력 보고 꾸준히 준비해야..
최봉 산업경제 전문기자
입력 : 2023.10.31 00:30
ㅣ 수정 : 2023.10.31 00:30
[기사요약]
퀀텀 컴퓨터, 일부 문제에서 기존 컴퓨터보다 훨씬 적은 단계 거쳐 빠르게 해법 찾아..
다만, 퀀텀 컴퓨팅에 대해 우리가 인정하는 것은 잠재력과 가능성
양자 분야 연구자들, 우리는 여전히 ‘니스크(NISQ: Noisy Intermediate-Scale Quantum)’ 시대에 살고 있다고..
‘니스크’란 퀀텀 컴퓨터가 여전히 양자 잡음(noise) 보정 못해 오류가 많이 날 것임을 의미
단기에 상업적 활용 성과 내기 쉽지 않겠지만, 잠재력 보고 꾸준히 준비
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] 퀀텀 컴퓨터의 상업적 활용을 보기까지는 여전히 많은 시간을 기다려야 한다는 것이 대다수 전문가의 중론이다.
그렇지만 다양한 실험적 시도에서 퀀텀 컴퓨터가 기존 컴퓨터에 비해 탁월한 성과를 낼 수 있음을 보여주기도 한다.
기존 컴퓨터에서는 시간이 많이 걸리는 일부 문제 또는 특정 분야의 경우, 퀀텀 컴퓨터는 기존 컴퓨터가 거쳐야 하는 것보다 훨씬 적은 단계로 해법을 찾을 수 있다.
• 퀀텀 컴퓨팅의 잠재력과 가능성 인정
양자 알고리즘 가운데 소인수 분해를 빠르게 처리할 수 있는 ‘쇼어 알고리즘(Shor's algorithm)’(필자의 본 시리즈 4편(2023.10.24.) 참고)과 함께 ‘글로버 알고리즘(Grover’s algorithm)’이 있다.
글로버 알고리즘은 구조화되지 않은 데이터베이스에서 검색을 효율적으로 실행하는 데 사용되며, 기존 검색 알고리즘과 비교하여 보다 빠른 결과를 제공한다.
예를 들면, 글로버 알고리즘은 단 1만 번의 작업만으로 1억 개의 이름이 있는 전화번호부에서 ‘당신’을 찾을 수 있다. 기존 검색 알고리즘이 당신을 찾기 위해 모든 목록을 뒤졌다면 평균 5천만 번의 작업이 필요할 것이다(WIRED, 2023.2).
글로버와 일부 다른 양자 알고리즘의 경우 초기에 주어진 문제가 크면 클수록 기존 컴퓨터로는 상대가 될 수 없는 엄청난 능력을 퀀텀 컴퓨터에 주는 것이다.
단 몇 시간의 컴퓨팅 시간으로 불가능을 해결하고, 수년 동안 과학과 사회를 괴롭혀온 문제에 대한 답을 찾고, 모든 종류의 비즈니스를 위한 전례 없는 기능을 밝혀내는 것, 이것이 컴퓨팅에 있어서 근본적으로 다른 접근 방식인 퀀텀 컴퓨팅의 약속이다(McKinsey Quarterly, 2020.2).
하지만 여기서 간과해서는 안 될 것이 있다. 퀀텀 컴퓨팅에 대해 우리가 인정하는 것은 잠재력과 가능성이다.
• 양자 분야, 여전히 ‘니스크(NISQ)’ 시대에 머물러..
오류가 발생하기 쉽지만 일부 문제 또는 선별된 작업에서는 슈퍼컴퓨터보다 더 나은 퀀텀 컴퓨터가 이제 가능성을 보여주는 단계라는 것이다. 다만, 이 단계가 얼마나 오래 지속될 지는 확실하지 않으며 예상보다 꽤 오래 지속될 수도 있다.
양자 분야의 연구자들은 우리가 여전히 ‘니스크(NISQ: Noisy Intermediate-Scale Quantum)’ 시대에 살고 있다고 한다.
‘니스크’란 앞으로 등장하게 될 퀀텀 컴퓨터는 더 이상 작다고 말하기는 힘들지만 여전히 양자 잡음(noise) 보정을 하지 못해서 오류가 많이 날 것이라는 사실을 한마디로 표현하는 말이다.
이 용어는 2018년 칼텍(Caltech)의 존 프레스킬(John Preskill) 교수가 처음으로 사용했다. 참고로 ‘양자 우월성(quantum supremacy)’이라는 개념(필자의 본 시리즈 1편(2023.8.16.) 참고)도 프레스킬 교수가 제안했다.
간단히 말해서, 양자 ‘잡음’은 퀀텀 컴퓨터를 안정화하기 매우 어렵게 만든다. 따라서 NISQ 컴퓨터는 주요 상업적 결과에 대한 결정을 내릴 수 없으며, 이는 퀀텀 컴퓨터가 현재 주로 연구 및 교육용으로 사용되고 있음을 의미한다(Builtin, 2022.8).
• 단기에 성과 기대 어렵더라도 잠재력 보고 꾸준히 준비
퀀텀 컴퓨팅과 관련한 사례를 통해 퀀텀 컴퓨터의 활용 가능성을 가늠해 보자(McKinsey Quarterly, 2020.2).
제약회사들은 효소에 지속적인 관심을 가지고 있다. 효소의 힘을 활용하면 우리 시대의 주요 질병을 완화하는 데 도움이 될 수 있다.
불행하게도 우리는 대부분 효소의 정확한 분자 구조를 알지 못한다. 원칙적으로 화학자들은 분자가 어떻게 작동하는지 확인하기 위해 컴퓨터를 사용하여 이러한 분자를 모델링할 수 있지만, 효소는 기존 컴퓨터로 모델링하는 것이 대부분 불가능한 복잡한 구조다.
그러나 강력한 퀀텀 컴퓨터는 이러한 물질의 특성, 구조 및 반응성을 몇 시간 내에 정확하게 예측할 수 있다. 이는 약물 개발에 혁명을 일으키고 의료의 새로운 시대를 열 수 있는 진전이다.
퀀텀 컴퓨터는 금융, 운송, 화학, 사이버 보안을 비롯한 다양한 산업과 응용 분야에서 이러한 복잡성과 규모의 문제를 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.
이 가운데 어느 것 하나 단기간 내에 상업적으로 활용할 수 있는 성과를 내기는 쉽지 않을 것으로 보인다. 분야에 따라 10년이 걸릴지 20년이 걸릴지 아니면 이보다 짧은 기간에 가시적 성과를 낼지 판단하기 어렵다. 다만, 퀀텀 컴퓨팅의 잠재력과 발전 가능성을 보고 준비하는 것이다.
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