양자컴퓨터가 가지는 의미는 무엇인가?

양자컴퓨터가 가지는 의미는 무엇인가?


최초의 진정한 양자컴퓨터가 출시된다. 양자컴퓨터의 출현이 가지는 의미는 엄청날 것으로 예상된다. 그래서 다음의 내용을 살펴보기로 한다.

1. 양자컴퓨터는 무엇인가?

2. 양자컴퓨터가 가지는 의미는 무엇인가?

3. 누가 양자컴퓨터를 개발하고 있는가?

양자컴퓨터는 무엇인가?

무어의 법칙(집적회로의 기하급수적 성장을 표현하는 법칙)은 컴퓨터 기술의 다섯개의 패러다임을 말하고 있다. 그것은 1) 전자 기계 2) 진공관) 3) 릴레이 4) 트랜지스터 5) 집적회로이다.

양자컴퓨터는 ‘고전적인’ 컴퓨터와는 전혀 다른 방식으로 작동한다는 점에서 여섯 번째 패러다임이라고 할 수 있다. 고전적인 컴퓨터는 고전적인 ‘비트’를 이용하여 운영된다. 비트는 0과 1의 둘 중 하나의 상태만으로 존재한다.

이에 비해 양자컴퓨터는 ‘퀀텀비트(quantum bit)’ 또는 ‘큐비트(qubit)’를 이용한다. 양자중첩(quantum superposition)이라고 부르는 원리 덕분에 큐비트는 0, 1 또는 동시에 0과 1의 값을 둘 다 가질 수 있다. 이러한 기능을 통해 양자컴퓨터는 기존의 컴퓨터에서 다루기 힘든 특정한 유형의 복잡한 문제들을 해결할 수 있다.

큐비트의 힘은 기하급수적으로 확장된다는 점이다. 2큐비트 컴퓨터는 네 가지 계산을 동시에 수행한다. 3큐비트 컴퓨터는 8개의 계산을 동시에, 4큐비트 컴퓨터는 16개의 계산을 동시에 수행할 수 있다.

300큐비트 컴퓨터를 가진다면 우주의 원자보다 더 많은 계산을 동시에 할 수 있게 된다. 테크타깃(TechTarget) 블로그는 양자컴퓨터를 이렇게 설명했다. ‘양자컴퓨터개발이 실용화되면 주판에서 현대의 슈퍼컴퓨터에 이르는 과정보다 더 큰 컴퓨팅 능력의 향상이 이루어지게 된다. 컴퓨터의 성능은 10억 배 이상 향상된다.’

양자컴퓨터가 가지는 의미는 무엇인가?

양자컴퓨터의 진정한 의미는 실로 놀라운 것이며 오늘날의 사회에 엄청난 영향을 미치게 된다. 특히 다음의 다섯 가지 분야에서 많은 영향을 주게 된다.

1. 머신러닝

머신러닝의 상당 부분은 ‘패턴 인식’에 관한 것이다. 알고리즘을 통해 노이즈 속의 신호를 찾기 위해 방대한 데이터세트를 처리하고 가장 적합한 모델을 찾기 위해 비교해보는 횟수를 최대화하는 것이다. 양자컴퓨터는 고전적인 컴퓨터보다 훨씬 효과적으로 데이터를 처리할 수 있다. 양자컴퓨터를 이용하면 훨씬 더 많은 데이터를 병렬 처리하여 최상의 패턴을 찾을 수 있다. 이러한 능력으로 훨씬 더 강력한 인공지능이 가능해진다.

2. 의료 분야

양자컴퓨터는 복잡한 분자의 상호작용을 원자 수준에서 모델링할 수 있도록 만든다. 이러한 능력은 특히 의학연구나 신약 발견에 매우 중요한 것이다. 조만간 우리는 인간 유전자에 코딩되어 있는 2만 개 이상의 단백질을 모델링하고 이를 기존의 약물 또는 아직 발명되지 않은 신약과의 상호작용을 시작할 수 있게 된다. 양자컴퓨터를 이용한 이러한 분석을 통해 이전에는 치료가 불가능했던 질병에 대한 치료제를 찾고 새로운 약품을 출시하는 시간을 단축할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

3. 화학과 기후변화

기후변화 위기가 걱정되는가? 인류가 기후변화에 대응하여 무엇을 할 수 있는지 궁금한가? 양자컴퓨터는 현재 일어나고 있는 일들을 이해하고 이를 해결하기 위한 가장 새로운 도구가 될 수 있다. 양자컴퓨터는 인류에게 시뮬레이션을 통한 해결방법이라는 도구를 제공하고 대기에서 탄소를 포획하여 이를 가치 있는 제품을 바꾸어줄 수 있는 새로운 촉매를 설계할 수 있다.

4. 소재과학과 공학양자컴퓨터를 이용하여 원자 사이의 상호작용을 시뮬레이션 할 수 있게 되어 완전히 새롭고 더 나은 소재를 연구할 수 있다. 더 나은 초전도체, 더 나은 자석, 더 높은 에너지 밀도를 가진 배터리를 만들 수 있는 물질을 발명할 수 있다.

5. 생체 모방 기술, 에너지 시스템, 태양전지

과학자들은 세계의 상당 부분이 양자 시스템 위에 구축된다고 믿고 있다. 예를 들어 광합성과 같은 과정은 양자 기계 시스템에 의존하게 될 가능성이 높다. 더 나은 에너지 시스템 또는 더욱 강한 소재를 만들기 위해 자연 세계를 관찰하는 것은 양자컴퓨터를 이용한 모델링을 이용할 수 있을 때 완전히 실현할 수 있게 된다.

그러므로 양자컴퓨터의 발전이 이루어지면 인류는 우주의 쌓기 블록들을 제어할 수 있게 된다.

누가 양자컴퓨터를 개발하고 있는가?

양자 우위(quantum supremacy)라고 부르는 경쟁이 계속되고 있다. 양자우위는 기본적으로 실제 양자컴퓨터인지를 입증하는 테스트이다.

양자컴퓨터연구개발 분야에서 미국에서는 다음 3개의 기업이 경쟁하고 있다.

1. 구글

2. IBM

3. 리게티 컴퓨팅 (Rigetti Computing), 실리콘 밸리의 스타트업

네 번째는 디웨이브(D-Wave) 시스템이 있다. 디웨이브에서는 큐비트 칩을 개발했다고 주장하고 있지만 아직 양자컴퓨터를 운영하는 것으로 입증되지는 않았다.

리게티 컴퓨팅과 구글은 향후 12~18개월 이내에 ‘양자우위’에 도달할 것으로 예상하고 있다. 혁명은 빠르게 진행되고 있다.

리게티 컴퓨팅은 양자 집적회로와 소프트웨어 플랫폼을 개발하고 있다. 구글, IBM, 디웨이브 등의 회사들과 전 세계의 연구소들은 양자컴퓨터개발을 위해 노력하고 있으며 인류는 빠르게 양자컴퓨터혁명에 접근하고 있다.