양자컴퓨터에 대한 관심이 점점 커지고 있지만 정작 양자컴퓨터가 무엇인지 설명하는곳은 극히 드물다. 제대로 설명하는곳도 거의 없다. 양자컴퓨터는 말그대로 양자 + 컴퓨터를 의미, 그런데 양자의 의미를 이해하지 못한 상황에서 양자컴퓨터를 이해할수 있을까? 나는 현재 양자컴퓨터를 직접 개발하고 있는 다케다 슌타로가 쓴 '처음 읽는 양자컴퓨터 이야기' 책을 읽어보길 권한다.
다시 돌아와서 양자컴퓨터에 대한 관심은 왜 이렇게 커지고 있을까? 미국 무한 프론티어법, 중국 혁신주도성장 8대 과학기술에 공통적으로 들어가는 육성산업이 있다. 바로 반도체(AI), 양자컴퓨팅, 바이오 산업이다. 반도체와 바이오는 익숙하다고 쳐도 여기서 양자컴퓨팅은 다소 생소하다. 과연 양자컴퓨팅이란 무엇일까? 간략하게만 요약해보겠다.
양자컴퓨터란?
양자컴퓨터는 쉽게 말해서 계산에 걸리는 시간을 계산횟수 X 걸리는 시간 으로 가정할때 계산횟수를 획기적으로 줄여주는 컴퓨터이다. 걸리는 시간을 줄여주는게 아니라 일반적인 계산이라면 100번 계산횟수가 필요햇던걸 3~5번의 계산횟수로 줄여주는것이다. 예를들어 5 × 7 × 10 ÷ 2.5 라는 계산식이 있다고 할때 먼저 5랑 7을 곱하고 그 다음 10을 곱하는식으로 계산횟수라는게 있다. 그런데 양자컴퓨터는 이 계산식이 4번이 아니라 1번으로 줄어드는것이다.
- 1945년 2월 최초의 컴퓨터 애니악(ANIAC) 출현
- 18개월마다 컴퓨터 속도가 2배로 증가한다는 무어법칙
- 기존 컴퓨터는 0과 1로 표시되는 2진법 논리, 그러나 양자컴퓨터는 전혀 다른 원리 제시
- 현존 최고 슈퍼컴퓨터가 10,000년에 걸쳐 푸는 연산을 양자컴퓨터는 3~5분만에 해결
양자컴퓨터 역사
양자컴퓨터는 원래 전문가들끼리만 쓰던 용어였지만 2014년 구글이 미국 대학 연구팀을 통째로 사들여 양자컴퓨터를 개발하겠다고 선언하면서 세상에 널리 알려졌다. 2019년 10월에는 구글이 "최첨단 슈퍼컴퓨터로 푸는데 1만년 걸리는 문제를 일본 회사의 양자컴퓨터가 200초만에(3~4분) 풀면서 더욱 화제가 되었다.
현재 유럽과 미국, 중국은 국가가 나서서 양자컴퓨터 개발에 상당한 힘을 쏟고 있다. 구글을 비롯해 IBM, 인텔, 마이크로소프트와 같은 글로벌 IT 대기업들이 독자적으로 양자컴퓨터를 개발하고 있으며, 여기에 수천억원에서 수조원의 연구개발비가 투입되고 있다.
IBM은 2019년부터 양자컴퓨터를 팔고 있다. 때문에 많은 사람들이 곧 양자컴퓨터가 상용화 될거라고 생각하지만 실상은 그렇지 않다. 쉽게 말해서 레고로 만든 장난감 자동차와 F1에서 달리는 레이싱 카만큼 차이가 난다. 지금 개발된 양자컴퓨터는 진짜 장난감차 수준이라 자동차라고 부르면 안될 정도이다. 전문가들은 언제 실용성 있는 양자컴퓨터가 나올지 예측할수 없다는 입장이며, 전문가에 따라 20년이라고 하거나 혹은 100년이 걸릴수 있다고 한다. 아직 기술적으로 해결하지 못한 과제가 너무나 많으므로 얼마나 시간이 걸릴지 간단하게 예상할수 없다.
양자컴퓨터 개발단계의 현실
컴퓨터는 수학 계산을 물리현상으로 치환해서 처리하는 도구다. 현대의 컴퓨터 성능은 지금까지 무어의 법칙을 따라 진보해왔지만, 원리적인 한계에 다다랐다. 양자컴퓨터는 기존의 컴퓨터가 사용하지 않는 양자역학이라는 물리현상을 사용한다. 이로인해 지금까지 컴퓨터로는 할수 없는 계산이 가능해져 성능이 향상되었다고 말할순 있다.
현재 양자컴퓨터 미니어처라고 할수 있는 장난감 수준까진 이미 만들어졌다. 하지만 실용적인 양자컴퓨터를 만드려면 기술적으로 아직 해결되지 않은 과제가 많이 남아 있어 수십년 이상 걸릴 전망이다. 아울러 양자컴퓨터가 지금의 컴퓨터보다 빨리 풀수 있는 문제의 종류는 몇가지 없다. 다만, 신소재 합성, 신약개발, 최적화 문제 등 일부 분야에서 계산이 빨라지면 그 영향력은 매우 클것으로 전망된다.
