불과 2,3년 전까지만 해도 양자역학에 대한 일반인들의 관심이 크지 않았다. 물리학의 한 분야인 양자역학은 우리 눈에 보이지 않는 작디작은 미시세계, 즉 분자나 원자 등과 같은 기본 입자를 설명하는 이론으로, 지구나 우주를 설명하는 거시세계에 대한 학문에 비해 소외되어 있었던 것이 사실이다. 그러다 각종 미디어를 통해 양자역학을 쉽게 설명하는 한 물리학 교수의 등장을 기점으로 '양자중첩'이라는 다소 철학적인 이론을 가진 양자역학에 대한 대중의 관심이 많이 높아진 듯하다. 이러한 양자역학을 이용한 양자 컴퓨터에 대해 알아보자.
양자 컴퓨터 vs 슈퍼 컴퓨터
슈퍼 컴퓨터에 대해서는 누구나 들어서 알고 있을 것이다. 우리가 쓰는 개인용 컴퓨터 보다 훨씬 더 큰 소프트웨어와 하드웨어 기능과 용량을 가진 컴퓨터를 뜻한다. 당연히 최상급 처리 능력과 속도를 이용하여 특정한 목적, 즉 군사(특히 핵실험), 경제, 기상, 과학 기술등의 분야를 위해 주로 사용된다.
하지만 이 슈퍼 컴퓨터는 그 능력면에서 일반 컴퓨터보다 훨씬 뛰어나긴 하지만 고전 물리학을 기반으로 하는 컴퓨터의 근본적인 속성은 우리가 쓰는 개인 컴퓨터에서 크게 벗어나지 않는데, 바로 컴퓨터의 정보 처리 기본 단위인 비트는 0과 1의 두 가지의 상태마을 가질 수 있다는 사실이다.
반면 양자 컴퓨터는 양자역학의 가장 핵심이 된는 이론인 '중첩상태'에 맞게, 0과 1을 동시에 가지는 '양자 수학적 상태'로 표현될 수 있다. 일반 컴퓨터의 정보 처리 단위가 비트라면, 양자 컴퓨터의 기본 정보 처리 단위는 큐빗(qubit)인데, 이 큐빗은 0과 1을 동시에 가지고 있을 수 있기 때문에 양자 컴퓨터는 병렬로 많은 계산을 동시에 처리할 수 있는 것이다.
양자 컴퓨터 개발 회사
양자 컴퓨터를 연구하고 개발하는 회사 Top 5 를 살펴보면 다음과 같다.
1. IBM
명실상부 IBM은 양자 컴퓨팅 분야에서 가장 선두를 달리는 회사이다. 가장 대표적인 기술은 Quantum Experience로, IBM이 독자적으로 개발한 양자 컴퓨팅 플랫폼이다. 전 세계 개발자와 연구원들이 양자 컴퓨팅을 체험하고 프로그래밍할 수 있는 환경을 제공하며, 클라우드 기반으로 구축되어 있다.
또한 Q Sysytem One이라고 불리는 양자 컴퓨팅 시스템은 20개의 양자 비트(큐빗)를 포함하고 있는데, 이 시스템은 고객들이 양자 컴퓨팅을 실제로 활용하라 수 있도록 상영화 된 제품으로, 양자 알고리즘을 개발하고 실행하는 데 도움을 준다.
2. Google
구글은 Quantum AI Lab을 운영하고 있으며, Sycamore 프로젝트를 통해 양자 컴튜팅 기술을 연구하고 있다. 이 프로젝트는 2019년에 공개된 논문에서 처음 소개되었는데, 54개의 양자 비트(큐빗)로 구성되어 있어, 이를 이용하여 특정한 문제를 고전 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 분석하고 해결할 수 있다. 예를 들면, 고전 컴퓨터가 풀려면 수백 년이 걸리는 문제를 양자 컴퓨터로는 약 200초 안에 해결할 수 있을 정도로 뛰어난 성능을 가진다.
3. Microsoft
마이크로소프트는 양자 컴퓨팅 분야에서 Quantum Computing 솔루션을 개발하고 있으며, 양자 컴퓨팅 생태계를 구축하고 있다.
4. Intel
인텔은 양자 컴퓨팅 분야에 막대한 금액을 투자하고 있으며, 슈퍼 전도체 회로라는 것을 사용하여 양자 비트(큐빗)를 구현하고 있다. 현재는 여러 기업과 연구 기관에 양자 컴퓨터를 제공함으로써, 다양한 응용 분야에서의 문제 해결을 할 수 있도록 지원하고 있다.
5. D-Wave Systems
양자 컴퓨팅 분야의 선두적인 역할을 하는 D-Wave Systems의 D-Wave One은 최초로 프로토타입된 양자 컴퓨터로, 16큐빗 양자 프로세를 사용한다.
양자 컴퓨터의 활용 분야
양자 컴퓨터는 다양한 분야에서 혁신적인 발전을 이룰 수 있는 기술을 제공한다. 어떤 분야에서 활용될 수 있는지 알아보자.
1. 보안 분야
양자 컴퓨터는 암호학 분야에서 새로운 보안 방법을 개발하는 데 사용될 수 있다. 양자 컴퓨터의 특성을 이용하여 보안 시스템을 강화하고 데이터를 안전하게 보호할 수 있는 기술이 더 발전할 수 있다.
2. 사회의 여러 이슈 해결
우리 사회에 만연한 여러 문제들을 양자 컴퓨터의 도움을 받아 해결할 수 있다면 믿겠는가? 이미 많은 문제 해결을 위해 수십, 수백년의 데이터 통계를 활용해 오고 있는데 이러한 일들을 정확성과 속도가 더 훨씬 뛰어난 양자 컴퓨터가 한다면 좀 더 정확한 결괏값을 통해 더 높은 성공률의 계획을 세울 수 있다. 특히 교통 혼잡을 해결하기 위한 방안 혹은 물류 시스템 개선, 인구 문제 개선 등의 각종 사회 문제 해결에도 양자 컴퓨터는 큰 역할을 해 줄 것으로 예상된다.
3. AI 발달의 가속화
AI는 머신런닝 기술을 기반으로 하는데, 양자역학의 원리를 활용해 데이터를 처리하고 패턴을 인식하여 행동을 학습하는 양자 머신 러닝 (Quantum Machine Learning)을 활용할 경우, 보다 효율적이고 정확한 AI 구축이 가능해진다. 특히 양자 컴퓨팅을 활용한 대규모 데이터 분석 기술이 적용되면, 더욱더 다양한 분야에서 AI가 활용될 수 있게 될 것으로 기대된다.
4. 의료 기술의 발전
양자역학 기술이 적용된 양자 컴퓨터의 발달은 곧 의료 발달에도 큰 기여를 하게 되는데, 양자 상관을 이용한 고해상도 이미징 기술과 초민감 센서, 그리고 고급 데이터 처리 기술 등은 지금보다 더 빠른 시기에 병을 진단할 수 있게 해 준다. 더 자세한 내용은 다음 글을 참조하자.
양자역학과 의료 기술의 발전
양자역학이라고 한 번쯤은 들어 보았을 것이다. 물리학의 하나였지만 최근 여러 방송에서 양자역학에 관한 강의와 유튜브 영상을 통해 많은 이들이 양자역학이라는 학문에 대해 물리학과 별개
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