양자를 활용한 괴물급 성능의 양자컴퓨터, 양자 컴퓨터 시대가 성큼 다가오고 있다.

양자를 활용한 괴물급 성능의 양자컴퓨터,

/ 양자 컴퓨터 시대가 성큼 다가오고 있다.

 

하루가 멀다하고 신기술이 등장하여 미래를 선도하는 요즘...🚀

‘양자컴퓨터’ 선점을 위한 국가들의 패권 경쟁도 치열해지고 있습니다.

여러분, 혹시 ‘양자컴퓨터’라는 용어를 들어보셨나요?

우리가 사용중인 컴퓨터도 복잡한데, 양자컴퓨터라니?

슈퍼컴퓨터는 들어봤어도 양자컴퓨터는 좀 생소합니다.🤔

 

*슈퍼컴퓨터

- 슈퍼컴퓨터(supercomputer)는 계산 속도가 매우 빠르고 많은 자료를 오랜 시간 동안 꾸준히 처리할 수 있는 컴퓨터. 슈퍼컴퓨터의 성능을 표현할 때 주로 사용되는 단위는 플롭스(Flops, floating-point operations per second)이며, 이는 1초당 수행 가능한 부동소수점 연산 횟수를 의미함. 슈퍼컴퓨터는 국방, 우주 개척, 재난 예방, 에너지 분야 등 국가 안보와 관련된 분야에서 크게 공헌하고 있으며, 최근에는 바이오, 자동차, 항공, 전자, 신소재 등 주요 산업 분야에서 신제품의 설계 및 개발에 슈퍼컴퓨터를 활용하고 있음.

 

*양자컴퓨터

- 양자 컴퓨터는 양자 중첩의 지수적인 정보 표현, 양자 얽힘을 이용한 병렬 연산과 같은 양자역학적인 물리현상을 활용하여 계산을 수행하는 기계. 이러한 컴퓨터는 트랜지스터 및 커패시터 기반의 2진법 디지털 전자 컴퓨터와 완전히 다른 원리로 작동함. 기존의 컴퓨터에서 자료의 양은 비트로 측정되며 데이터가 항상 2 개의 명확한 상태 (0 또는 1) 중 하나에 있는 2진 숫자 (비트)로 인코딩 되어야 하지만 양자 계산은 상태의 중첩으로 있을 수 있는 양자 비트 또는 큐비트를 사용한다. 양자 정보 통신은 정보 사회의 패러다임을 바꿀 신기술로 여겨진다. 양자 정보 통신을 활용한 양자 컴퓨터는 한 개의 처리 장치에서 여러 계산을 동시에 처리할 수 있어 특정한 문제를 처리하는데 있어 정보 처리량과 속도가 지금까지의 컴퓨터에 비해 지수적으로 뛰어나다. #양자(量子, quantum)는 물리량이 취할 수 있는 최소량을 의미.

 

2018년 10월, 구글은 자사가 개발한 양자컴퓨터를 공개했습니다. 구글 도대체 너는 못하는게 뭐니?

#구글이 개발한 양자컴퓨터는 0.2입방미리미터(㎣)의 초전도 소자를 53개 나열한 양자 칩 ‘시카모어(sycamore)’ 1개로 이뤄져 있다. 세계에서 가장 빠른 IBM 슈퍼컴퓨터 ‘서밋(summit)’은 수만 개의 이미지처리 반도체(GPU)와 수천 개의 중앙연산처리장치(CPU), 10페타(1페타는 1000조)바이트의 메모리를 가진 초대형 계산기로 소자 수는 메모리만으로 1경(京, 조의 1만 배)을 넘는다. 결국, 단지 53개인 양자 소자가 1경개 이상의 반도체 소자를 장착한 슈퍼컴퓨터를 현격한 속도 차이로 이긴 것이다.  출처: 인공지능신문

 

제가 지난해 읽었던 SF소설 <삼체/류츠신 지음>에서는 외계의 삼체문명이 양자컴퓨터를 활용한 ‘지자’라는 감청무기를 활용해 인류를 감시하고, 인류의 과학 진보를 저지하는 내용이 나옵니다. 양자컴퓨터라는 개념이 좀 어려워서 정확하게 감은 잡히지 않지만 소설에 나오는 양자컴퓨터의 능력치는 정말 어마무시합니다.

 

☞ 관련포스트

2020.10.16 - 삼체 1부 (부제: 삼체문제) 완독 감상 후기

2021.03.04 - 삼체(The Three Body Porblem), 2부 암흑의 숲(The Dark Forest) 완독 후기

2021.11.23 - 휴고상 수상작 삼체(류츠신 지음), 3부 ‘사신의 영생’ 완독 후기

 

대략 지금 우리가 사용중인 일반 컴퓨터보다 훨씬 앞 선 데이터 처리능력을 지닌 것을 슈퍼컴퓨터라고 하는데, 양자컴퓨터는 슈퍼컴퓨터와 작동 원리가 다른 또 다른 괴물급 성능의 컴퓨터라는 것만은 사실입니다.

 

 

양자컴퓨터는 꿈의 컴퓨터라고 불리는데, 현재 세계 각국에서 양자컴퓨터 개발에 박차를 가하고 있습니다. 글로벌 컨설팅회사 맥킨지의 최근 보고서에 따르면 양자컴퓨터를 통해 기업들이 창출해 낼 가치는 약 95조7600억원(800억 달러)로 100조원에 달합니다.

 

양자컴퓨터는 아직 신생 분야라서 기초 연구를 위한 자금은 대부분 정부 주도하에 투자되고 있어요.

양자컴퓨터 기초 연구에 가장 앞서 있는 국가는 중국입니다.

중국은 양자컴퓨터 개발에 약15조원을 투자한다고 밝혔습니다.

2위는 유럽연합(EU). EU는 양자컴퓨터에 약7조2000억원을 투입한다는 계획입니다.

3위는 미국. 미국은 1조3000억원,

4위는 영국, 영국이 1조2000억원을 투자하고 있는 것으로 조사됐습니다.

 

최근에는 민간의 투자도 늘어났습니다.

맥킨지 보고서에 따르면 지난해 글로벌 양자컴퓨터 스타트업의 투자액 규모는 약2조300억원(17억달러)로 집계됐습니다. 2020년 대비 두 배 이상 늘어난 수치로, 양자컴퓨터 기술이 상용화될수록 민간 기업 투자는 더욱 늘어날 것으로 예상됩니다.

 

맥킨지는 양자컴퓨터의 상용화를 위해선 하드웨어, 소프트웨어, 클라우드 기술이 빠르게 발전해야 한다고 분석. 특히 하드웨어의 경우 큐비트(양자컴퓨터 정보단위) 수를 늘리고, 오류가 없는 형태로 개발돼 '내결함성' 양자컴퓨터가 구축돼야 합니다.

 

현재 양자컴퓨터는 빛 등 외부 자극에 민감한 양자를 이용하는 만큼 오류율이 높은데, 상용화할 수 있는 수준까지 오류율을 낮추면 내결함성 양자컴퓨터가 완성됩니다. 양자컴퓨터 개발에 앞서 있는 IBM 등 5개 기업이 약 10년내 내결함성 양자컴퓨터를 만들겠다고 밝혔습니다.

 

 

#양자컴퓨터가 상용화될 경우 기대효과는?

활용 범위는 무궁무진할 것으로 전망. 우선 빠른 데이터 처리 속도를 통해 학술 부문에 이바지할 수 있음.

양자컴퓨터는 양자 시뮬레이션, 인공지능(AI) 및 기계 학습을 위한 양자 선형 대수학, 양자 최적화 및 검색, 양자 인수분해 등에 접목될 수 있음.

 

맥킨지에 따르면 산업 분야에서는 제약, 화학, 자동차 및 금융 분야에서 큰 이점을 가져다줄 것으로 전망.

양자컴퓨터가 상용화돼 이들 분야에 접목되면 약 359조1000억원(3000억달러)~837조9000억원(7000억달러)의 가치 창출을 해낼 것이란 분석.

 

의약 분야에서는 분자 구조의 연구개발(R&D)의 속도를 앞당길 수 있음.

예를 들어 일반적으로 신약 개발에 10년 이상의 시간과 약 2조4000억원(20억달러)의 비용이 소요되는데, 이를 획기적으로 감축할 수 있음. 표적 식별, 약물 설계 및 부작용 테스트의 시행착오를 크게 줄일 수 있다고 함.

 

화학 분야에서는 촉매 설계에 양자컴퓨터를 도입, 화학 물질의 R&D, 공급망 최적화 개선에 이바지할 수 있음. 촉매란 화학 반응에 필요한 활성화 에너지를 낮춰 반응이 쉽게 일어나도록 돕는 물질. 자동차 산업의 경우 효율적인 제조 프로세스를 도입해 자동차의 R&D, 제품 설계, 공급망 관리, 생산 등 다양한 분야에서 혁신을 이뤄낼 수 있음.

 

금융 분야에서는 자본의 포트폴리오 및 위험 관리에 활용.

예를 들어 대출 기관의 경우 담보에 초점을 맞춰 효율적으로 최적화된 대출 포트폴리오를 통해 대출 상품 개선을 통한 이자율을 낮추고 자본을 확보할 수 있다고 함.

 

저는 물리학에 전문성이 없어서 그런지 몰라도, 양자를 활용하는 양자컴퓨터가 기초과학연구, 화학, 제약 등 산업에 활용되는 것은 이해가 되는데 양자컴퓨터가 금융에도 활용될 수 있다는 것이 좀 신기합니다. 기술의 변화 속도가 매우 빠르다보니 세상사 배울 것도 많고, 알아둬야 할 새로운 기술도 정말 많네요.