구글이 공개한 어마무시한 초고성능 양자 컴퓨터 칩, '윌로우' 의 성능

슈퍼컴퓨터는 상대가 안된다.

 

지난 12월 9일(현지 시각), 구글이 성능을 획기적으로 향상한 양자컴퓨터를 개발했다고 밝혔다. 현재 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터인 프런티어가 10자(10의 25제곱) 년이 걸려 풀 수 있는 문제를 구글이 공개한 양자컴퓨터는 단 5분 만에 풀 수 있다고 밝혔다. 아직 테스트용 알고리즘을 활용한 결과이지만, 내년에는 실제 문제를 해결한 사례를 발표할 계획이다.

 

 

# 양자컴퓨터

양자컴퓨터는 더 나눌 수 없는 에너지 최소량 단위인 양자의 특성을 이용해 정보를 처리하는 첨단 컴퓨터이다. 반도체가 아닌 원자를 기억소자로 활용해 슈퍼컴퓨터의 한계를 뛰어넘는다. 얽힘이나 중첩 같은 양자역학 현상을 활용해 병렬 처리가 가능해지면서 여러 계산을 동시에 수행할 수 있다.

 

 

 

구글이 공개한 윌로우 칩, 구글의 양자컴퓨터에 쓰인다.

 

 

 

구글 양자컴퓨터의 핵심은 윌로우 칩

 

구글이 개발한 양자컴퓨터에는 105개의 큐비트를 갖춘 ‘윌로우/Willow’ 양자 칩이 장착돼 있다. 보통 양자컴퓨팅은 큐비트가 많아질수록 오류 발생률도 늘어난다. 하지만 윌로우 칩은 양자컴퓨팅의 오류 문제를 많이 감소시켜 양자컴퓨터의 상용화 가능성을 높였다는 평가를 받는다.

 

 

# 큐비트

기존 컴퓨터는 0 또는 1로만 구성된 ‘비트/Bit’ 단위로 정보를 처리한다. 이와 달리 양자컴퓨터는 0과 1의 상태를 동시에 가질 수 있는 ‘큐비트/Qubit’ 단위로 정보를 처리한다. 이를 통해 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 복잡한 문제를 훨씬 빠르고 효율적으로 해결할 수 있다.

 

 

 

4cm² 크기의 윌로우 칩은 특정 양자 알고리즘을 사용하여 난수 생성 문제를 해결하는 데 사용되었으며 특히, 윌로우가 더 많은 큐비트를 사용하여 확장함에 따라 양자 오류를 기하급수적으로 줄일 수 있다는 것을 확인했다. 이는 이 분야가 거의 30년 동안 추구해 온 양자 오류 수정의 핵심 과제를 해결한 것이다.

 

 

 

 

윌로우 칩 소개 영상

 

 

 

이는 양자 컴퓨팅이 인류의 연구 및 개발 능력을 향상시킬 수 있음을 보여주는 사례이며, 향후 5년 내에 양자 컴퓨팅이 상용화 단계에 진입할 가능성을 높인다. 구글 퀀텀 AI(Quantum AI) 연구팀은 윌로우가 기존 칩보다 오류 발생률이 훨씬 낮다고 설명했다. 또한 인공지능 기술과 융합했을 때 엄청난 잠재력을 발휘할 수 있다고 강조했다.

 

 

 

예를 들어, 양자 컴퓨팅과 AI를 결합하여 더욱 정확하고 효율적인 머신러닝 모델을 개발할 수 있다. 양자 컴퓨팅은 물질이 여러 상태에 동시에 존재할 수 있다는 원리를 활용하여, 핵융합 반응기 개발 가속화, MRI 스캔의 원자 수준 데이터 분석 등 과학적 발견에 기여할 수 있다. 핵융합 반응 시뮬레이션을 통해 에너지 문제 해결에 기여하고, MRI 스캔 데이터를 분석하여 질병의 조기 진단 및 치료에 도움을 줄 수 있는 것이다.

 

 

 

하지만 이러한 기술이 보안 체계를 붕괴시키는 등 부작용을 초래할 가능성도 제기된다. 양자 컴퓨터의 뛰어난 계산 능력은 현재 암호화 기술을 무력화시킬 수 있으며, 이는 개인 정보 유출 및 금융 시스템 마비 등 심각한 문제로 이어질 수 있다.

 

 

 

 

가상자산 시장은 앞으로 어떻게 될까?

 

구글이 윌로우 칩을 공개하자 가상자산 시장은 불안정한 흐름을 보였다. 미국의 가상화폐 거래소 코인베이스에 따르면 지난 10일(현지 시각), 비트코인 1개 가격이 전날에 비해 3.25%까지 하락했다가 다시 회복한 것으로 알려졌다.

 

 

 

가상자산의 시세가 급락한 것은 양자컴퓨터가 가상화폐의 암호를 풀 수 있다는 우려 때문이다. 성능이 고도화된 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터로는 풀기 어려웠던 복잡한 암호를 해독할 수 있는 능력을 갖추게 되는데, 이에 따라 가상화폐의 존립 기반이 흔들릴 수 있다는 목소리가 나오고 있다.

 

 

 

하지만 일각에서는 이런 우려가 과도하다고 주장한다. 전문가들은 비트코인의 암호 체계를 뚫으려면 약 100만 개의 고품질 큐비트가 필요하다고 예측하는데, 윌로우 칩은 105개의 큐비트로, 비트코인 암호를 해독하기에는 역부족이라는 것이다. 업계에서는 양자컴퓨터가 가상화폐 보안을 실질적으로 위협하려면 최소 10~20년은 더 걸릴 것으로 내다봤다. 하지만 시간이 걸릴 뿐 언젠가는 고품질, 초고성능의 양자컴퓨터가 개발된다면 암호화폐의 보안 체계에 심각한 위협이 될 것이라는 사실은 변함이 없다. 물론, 그와 같은 양자컴퓨터를 해롭게 사용할 일은 없겠지만, 범죄 집단에 이용된다거나 하면 안되겠다. 또한 양자컴퓨터를 활용한 진일보한 양자보안시스템을 만들어 도입할 수도 있을 것이다. 그러니 지금 단계에서 양자컴퓨터가 비트코인의 암호 체계을 위협한다는 고민은 쓸데없어 보인다.

 

 

 

 

양자컴퓨터의 미래는?

 

현재로선 양자컴퓨터의 상용화까지는 아직 갈 길이 멀다. 앞으로 더 많은 큐비트를 안정적으로 유지하기 위해서는 대규모 시스템을 구축해야 하기 때문이다. 또한 양자 컴퓨터가 제대로 작동하려면 하드웨어와 오류를 효과적으로 수정할 수 있는 기술이 통합돼야 하는 과제도 해결해야 한다.

 

 

 

그럼에도 양자컴퓨터가 상용화된다면 다양한 산업 분야에 변화를 불러올 전망이다. 특히 신약 개발 분야에서 양자컴퓨터를 이용하면 속도와 정확도가 높아져 더 빠르고 깊이 있는 개발이 가능해진다. 그밖에 신소재 개발, 금융, 핵융합, 우주공학 등의 분야에서도 새로운 가능성이 열릴 것으로 기대된다.