4차산업혁명의 미래 양자컴퓨팅
안녕하세요
곧바로 설명으로 들어가도록 하겠습니당
블록체인(BlockChain), 가상화폐, 데브옵스(DevOps), 3D 프린팅, AI, 등 너무나도 익숙하고 이슈가 되는 용어들이지요?
이미 우리는 4차 산업혁명 디지털 세계에 접어들게 되었습니다.
오늘은 그 뒤를 이어 양자컴퓨팅을 소개해드리고자 합니다.
- 양자역학
양자컴퓨팅! 하면 떠오르는 것은 양자역학일 것입니다.
그러나 대부분의 사람들 그리고 저 또한 양자역학은 중·고등학교 때 정말 너무나도 간단한 이론으로만 알고 지나쳤을 것입니다.
과거 양자역학은 어디까지나 개념일 뿐 실제 양자컴퓨터 연구는 한동안 이론적 가능성의 확립과 시제품의 실험 제작을 모색하는 수준에 머물렀습니다.
그러나 최근 많은 IT 회사들은 양자컴퓨팅 개발에 힘쓰고 있습니다. 캐나다의 디웨이브 시스템사의 경우 128큐비트를 가지는 첫 상용 양자컴퓨터인 디웨이브(D-WAVE)를 선보였습니다. 2013년에는 구글이 516큐비트를 가지는 ‘디웨이브 2’를 구매하면서 양자컴퓨터가 다시 주목받게 되었습니다. 구글은 2015년도에도 한층 개선된 1000큐비트의 ‘디웨이브2X’를 도입하기도 했습니다.
- 양자역학 기반의 양자컴퓨팅
저는 양자컴퓨팅은 5년안에 상용화될 것이라고 전망합니다! 아마도 그 선두에 Microsoft가 있겠지요?
양자역학(量子力學, 영어: quantum mechanics, quantum physics, quantum theory)은 분자, 원자, 전자와 같은 작은 크기를 갖는 계의 물리학을 연구하는 분야이다.
지식백과에 양자역학을 찾아보면 이렇게 설명되어 있습니다. 참 어렵져..?ㅎㅎㅎㅎㅎ
양자역학은 작은 물질(마이크로)의 성질이나 운동을 연구하는 물리학의 한 분야입니다.
양자역학이 현대과학에 기여한 바는 엄청납니다. 레이저, 광통신을 비롯해서 컴퓨터, 반도체, 휴대폰 등은 모두 양자역학의 산물입니다. 우리가 사용하는 거의 모든 전자제품은 양자역학을 기반으로 만들어진 것입니다.
양자컴퓨팅은 전통적인 컴퓨터에서 자료의 양은 비트로 측정됩니다. 그에 반해 양자 컴퓨터에서 자료의 양은 큐비트로 측정됩니다.
컴퓨터의 정보를 0, 1을 이용하여 문자단위로 표현하기 위한 최소한의 단위. | ||
수학적으로는 복소수에 대한 2차원 벡터 공간인 2단계 양자 역학계 안의 상태로 기술하기 위한 것 | ||
중첩의 혁명, 큐비트
두 가지 결과에 대한 확률값의 합이 1인 점으로 가능한 모든 사건이 일어나는 경우를 확률적으로 표현한 것이다. 고전적인 비트는 구의 '북극'과 '남극'에 해당하는 1과 0 값만 지닐 수 있지만 큐비트는 구의 어느 곳에도 존재할 수 있습니다.
"어느 곳에도 존재할 수 있다"라는 표현을 이해할 수 있도록 예시를 들어보겠습니다.
A라는 사람이 대한민국에 있을 확률이 10%라고 가정하겠습니다. A가 대한민국에 10번 중 1번, 나머지 9번은 한국에 없을 것입니다.
A가 대한민국에 있을 때 다른 곳에 존재할 수 없습니다. 그러나 큐비트를 설명하고자 한다면 그 고전적인 확률 개념을 깨야 합니다.
큐비트는 A가 대한민국과 그 이외에 장소를 '동시에' 존재합니다. 이 것을 중첩이라고 칭합니다.
고전적인 컴퓨터는 하나의 입력에 대해 하나의 결과만 내놓는 것과 같이 입력값에 따라 출력값이 선형적으로 결정되는 결정론적인 체계입니다. 이에 비해 양자적 수준의 소립자를 이용하는 양자컴퓨터는 입자 상태의 '중첩'을 이용합니다. 상태의 중첩이란 여러 가지 상태가 동시에 하나의 입자에 나타나는 것을 말하며 흔히 이야기하는 양자의 '불확정성'과 연관됩니다.
양자컴퓨팅의 영향
양자컴퓨터의 작동원리가 기존의 컴퓨터와는 본질적으로 다릅니다. 따라서 양자컴퓨터의 고전 컴퓨터 보다 제곱배 빠르게 처리할 수 있습니다.
양자컴퓨터는 최적 경로를 찾는 문제나 암호 해독, 시장 분석, 유체 등의 복잡계 분석, 자연어 분석과 같은 과제들을 쉽게 해결할 수 있습니다.
양자컴퓨팅이 상용화되면 가장 필요한 것은 아마도 보안일 것입니다. 현재까지 보안은 해킹을 막는것이 아니라 해킹을 하기까지의 시간을 지연시킬 뿐입니다. 그렇기에 상용화에 따라 특별히 비트코인, 이더리움 등 가상화폐 시장이 가장 큰 타격을 입게 될 것입니다. 블록체인을 기반으로하는 비트코인은 현존하는 슈퍼컴퓨터 성능상위 500대로 공격해도 그 네트워크 컴퓨팅 파워의 51%를 따라 갈 수 없기에 수많은 슈퍼컴퓨터로 전세계를 해킹해야 비트코인을 해킹할 수 있습니다. 그러나 만약 양자컴퓨팅이 상용화된다면 몇 분만에 쉽게 해킹될 것입니다.
한쪽에선 전기저항을 없앤 극저온 초전도체 환경에서 전자 흐름의 양자현상을 신호로 사용하는 초전도 회로(‘초전도 루프’)가 큐비트로 개발되며, 다른 곳에선 이온 입자 낱개를 전자기장에 가두고서 그 양자현상을 이용하는 ‘이온 덫’ 큐비트가 개발되고 있습니다. 또한 다이아몬드 분자 구조에 일부러 결함을 만들고서 그 안에서 전자와 원자핵을 제어하는 양자연산도 유력한 모형으로 시도됩니다. 이 가운데 구글은 지난해 6월 초전도 회로 모형에서 전자 9개를 제어하는 9큐비트 규모의 양자컴퓨터를 시연해 화제에 올랐습니다.
이미지 출처) 지식백과, 기초과학연구원, 위키백과