양자컴퓨터

'꿈의 컴퓨터'로 불리는 양자컴퓨터가 현실세계로 성큼 다가서고 있다.

양자컴퓨터는 0과 1이란 이진법 신호로만 작동하는 현재 컴퓨터의 한계를 극복하기 위해 등장했다. 현재의 컴퓨터는 논리회로의 스위치를 켜거나1 또는 0방식으로 1비트를 표시하는 데 반해 양자컴퓨터는 물리학에서 양자역학 원리를 이용한다.

양자역학에선 서로 다른 상태가 중첩된 값이 확률적으로 존재하는데, 양자컴퓨터에선 이를  큐비트라는 양자비트로 표시한다. 예를 들어 0과 1이라는 2개의 큐비트를 쓰면 모두 4가지(00,01,10,11)상태로 표시할 수 있다. 이런 식으로 3개의 큐비트로는 8가지 상태를, n개의 큐비트로는 2의 n제곱 수만큼 표현이 가능해져 0과 1로 하나의 비트만 표시하는 일반 컴퓨터보다 연산 속도가 빠르다. 실제로 10개의 큐비트를 가진 양자 컴퓨터의 2의 10제곱의 비트를 갖는 셈이어서, 한 번에 처리하는 정보량이 비트 체계의 컴퓨터와 비교할 수 없을 정도로 훨씬 더 크다.

양자컴퓨터는 이런 이유로 수퍼컴퓨터로도 수백 년 걸릴 연산을 수초에 해결할 수 있을 것이라는 기대를 모으고 있다. 과학에서 많은 계산량이 필요한 양자 물리학을 비롯해 신양개발, 복잡한 기상예측에서 월등한 계산 실력을 보일 것으로 보인다.

 

 

 

양자컴퓨팅의 발전단계

-이론적연구 : 1980년대부터 양자컴퓨팅의 이론적연구 시작, 양자컴퓨팅의 기본원리와 알고리즘이 연구되었다.

-실험적연구 : 1990년대부터 양자 컴퓨팅의 실험적 연구가 시작되어 양자 컴퓨팅의 원리를 활용하여 간단한 계산을 수행하는 실험적인 양자컴퓨어가 개발되었다.

-상용화연구 : 2000년대부터 양자 컴퓨팅의 상용화 연구가 시작되어 다양한 기업들이 양자 컴퓨팅의 연구와 개발을 시작하였다.

 

양자컴퓨팅의 성과

-양자우위 : 2019년 구글은 양자 컴퓨터를 사용하여 양자 우위를 달성하였다고 발표하였다. 양자우위는 양자 컴퓨터가 클래식컴퓨터보다 훨씬 빠른 속도로 복잡한 계산을 수행할 수 있는 상태를 의미한다.

-양자 알고리즘 : 다양한 양자 알고리즘이 연구되고 있으며, 양자 알고리즘은 양자 컴퓨어의 원리를 활용하여 정보를 처리하는 방법이다.

-양자 애플리케이션 : 최근에는 양자 컴퓨팅을 활용한 다양한 애플리케이션도 연구되고 있다. 양자 컴퓨팅은 약물 개발, 최적화 문제, 기계 학습 등 다양한 분야에서 활용 될 수 있다.

 

양자컴퓨터의 직접적 효과기대 영역

양자컴퓨터는 연구소와 대학, 정부기관 등이 특정한 목적으로 사용하는 클라우드 서버에 적용되어 특정한 계산을 기존보다 더 빠르게 개선할 수 있을 것이며, AI모델의 학습과 추론 속도를 크게 개선할 수 있을 것으로 기대된다.

 

양자컴퓨터의 위협이 가져올 과제들

양자 컴퓨터 기술로 인해 위협받을 수 있는 영역도 있다. 블록체인의 암호화 기술은 양자 컴퓨터의 빠른 성능으로 인해 해킹에 취약해질 수 있다. 블록체인 기술은 암호화 기술을 기반으로 하며 특히 공개키 암호화 기술을 사용하는데, 공개키 암호화 기술은 두 개의키(공개키와 개인키)를 사용하여 데이터를 암호화하고 복호화한다. 이러한 암호화 기술은 현재의 클래식 컴퓨터로는 복호화하기 어렵지만, 양자 컴퓨터의 등장으로 복호화가 용이해질 수 있다. 그러나 블록체인 기술은 양자컴퓨터의 공격에 대비하여 보안하는 양자안전 암호화 기술을 도입하고 있기도 하다. 이를 위해 양자 암호화 기술의 필요성이 향후에 대두될 것이다.

이렇게 강력한 연산 능력을 갖춘 양자 컴퓨터가 개인정보 침해나 금융 시스템 해킹 등에 악용될 경우 사회적 문제가 커질 수 있다. 또, 이 기술이 아무나 개발 할 수 있는 것이 아니기에 특정 국가나 기업이 독접할 경우 발생하는 디지털 격차와 경제적 불평등도 문제이다. 그만큼 양자 컴퓨터가 본격 보급될 때 이 기술의 발전에 따른 새로운 법적 규제적 프레임워크와 거버넌스를 필요로 할 수 있다. 개인정보 보호와 데이터 보안, 기술 오용 방지와 기술 불평등을 해소할 수 있는 방안에 대한 연구와 대응이 필요하다.

 

 

 

(참조 : 기초과학연구원, 삼성SDS )