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[전문가 시각] 컴퓨터의 핵 양자컴퓨터
[전문가 시각] 컴퓨터의 핵 양자컴퓨터
  • 김한기 기자
  • 승인 2019.11.12 09:28
  • 댓글 0
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김욱섭 대우직업능력개발원장

지난 달, 구글은 네이처(Nature)에 “프로그램 가능한 초전도 프로세서를 사용한 양자 우위(Quantum supremacy using a programmable superconducting processor)”를 게재하며 양자컴퓨터 기술을 선점하고 있음을 밝혔다. 양자 우위란 양자컴퓨터가 기존 컴퓨터의 한계를 뛰어넘는 연산 성능을 보이는 것을 말한다. 구글은 현존 최고 수준 슈퍼컴퓨터에서 약 10,000년이 걸리는 복잡한 수학 연산을 3분 20초(200초)만에 수행할 수 있다고 주장했다. 이에 비교 대상이 된 IBM은 양자 컴퓨팅 시스템 성능을 평가하는 방법에 큰 의문이 있음을 지적하는 등 업계의 이목을 집중하고 있다.

기존의 컴퓨터는 유례없는 속도로 최적화를 거듭하며 발전해 왔지만, 그 구조는 지금까지도 0과 1의 비트(bit)를 정보의 기본 단위로 하는 폰 노이만 구조를 따르고 있다. 이와 달리 양자 컴퓨팅은 0과 1 그리고 그 사이의 연속적인 값을 갖는 큐비트(Quantum bit; Qubit)를 통하여 정보를 처리한다. 큐비트 입자가 중첩되어 서로 뒤얽혀 존재하는 상태에서 큐비트에 변화를 주면 나머지 큐비트에게 영향을 주어 변화하게 된다.

이러한 양자적 특성 때문에 양자컴퓨터는 적은 큐비트로도 많은 경우의 수를 표현할 수 있을 뿐 아니라, 문제에 대한 여러 개의 답 중에서 최적의 답을 골라낼 수 있다. 또한, 확률파동함수로 표현했을 때 상반되는 상태가 상쇄되어 오답을 제거할 수 있다.

때문에 특정한 문제에서 많은 시간을 요구하는 복잡한 연산을 획기적으로 빠르게 수행할 수 있다. 예를 들면 자연어 처리나 암호 해독, 유체 분석, 교통 상황 분석 같은 문제가 양자 컴퓨터로 해결할 수 있는, 이른바 킬링 어플리케이션(Killing Application)으로 기대되고 있다. 특히 양자컴퓨터는 소인수분해나 이산 로그에서 강력한 것으로 알려졌는데, 이는 모두 큰 수에 대해서는 일반적인 해법이 존재하지 않아 일일이 확인해보아야 하는 문제들이다.

이 두 가지 과제들은 현대 암호의 근간을 이루는 공개키 알고리즘의 중요한 부분을 차지하기에, 양자 컴퓨터를 언급할 때 항상 우려가 따라붙는 이유다.

그러나 양자컴퓨터가 상용화되기 위해서는 해결해야 하는 과제가 훨씬 많다. 현재 수준에서 큐비트들은 양자 상태를 극히 낮은 온도에서 짧은 순간만을 유지할 수 있기에, 양자 컴퓨팅은 물리적으로 이 상태를 구현함과 동시에 연산을 해야 하는 기술적 난관을 가지고 있다. 또한 각종 애플리케이션을 구동할 수 있는 기존의 컴퓨터와는 달리, 특정 문제에 대한 연산만을 수행할 수 있기 때문에 범용 컴퓨터로서의 기능은 불가능하다. IBM은 양자 컴퓨터와 기존의 컴퓨터가 모두 그 나름의 강점을 가지고 있기 때문에 어느 한쪽의 “우위”를 강조하기보다는 함께 발전하며 존재하게 될 것이라는 전망을 밝혔다.

이처럼 학계 및 수많은 기업들이 양자컴퓨터 시장에 뛰어들고 있다. IBM, 구글, 마이크로소프트(MS) 등 글로벌 IT 기업도 그동안 양자컴퓨터 기술에 앞다퉈 투자했다. 삼성전자는 미국의 양자컴퓨터 스타트업인 아이온큐 및 하버드대 양자정보과학연구소 출신 연구원들이 주축이 돼 창업한 스타트업 알리오에 투자하면서 양자컴퓨터 산업의 열기에 동참했다. SK텔레콤 또한 양자암호통신 분야 기업인 IDQ를 약 700억원에 인수하는 등 국내 기업의 관심도 높아지고 있다. 양자컴퓨터의 정보처리 능력은 미래 IT산업의 판도를 뒤흔들 ‘게임 체인저’ 기술이 될 것으로 전망된다. 미래 먹거리 산업을 지속적으로 육성하기 위해서는 국내외의 기술 격차를 좁히는 정책적인 접근 또한 필요한 시점이다.


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