지식보관소_ 슈퍼컴퓨터를 발라버리는 양자컴퓨터 등장. 실화인가

 

 

구글이 기존 컴퓨터의 성능을 능가하는

양자 우월성을 달성했다는 논문을

불과 2일 전에 네이처지에 게시했습니다.

 

이게 얼마나 놀라운 일이냐면

최초의 상업용 양자 컴퓨터가 나온 게 바로 올해 1월입니다.

 

 

여러분은 올해 2019년에

가장 흥미로운 과학계 사건은 무엇이라고 생각하시나요?

저는 개인적으로 양자 컴퓨터라고 얘기하고 싶습니다.

 

네 오늘의 주제는 양자 컴퓨터입니다.

안 그래도 다뤄보고 싶던 주제였고

많은 구독자분들이 요청하기도 해서

얘기할 기회를 엿보고 있었는데

드디어 이 콘텐츠를 다룰 명분이 생겼습니다.

 

지난 9월, 구글이 기존 컴퓨터의 성능을 능가하는

양자 우월성을 달성했다는 논문을

불과 2일 전에(한국시간; 2019년 10월 23일) Natute에 게시했습니다.

 

이게 얼마나 놀라운 일이냐면

최초의 상업용 양자컴퓨터가 나온 게 바로 올해 1월입니다.

한마디로 올해 2019년은

세계 최초의 상업용 양자컴퓨터가 등장한 해이자

세계 최초로 양자컴퓨터의 성능이 기존 컴퓨터의 성능을 넘어선 해라는 것입니다.

한마디로 2019년은 양자컴퓨터의 해라고 해도 과언이 아니죠.

 

이번에 구글이 개발한 시커모어는

지난달 9월, 일반 컴퓨터로 1만 년 동안 연산해야 되는 문제를

불과 3분 20초 만에 계산해 냈다고 주장해서 엄청난 파장이 있었는데요.

 

최초의 상업용 양자컴퓨터를 개발한 경쟁사 IBM은 이 사실을 부정했지만,

이번에 국제학술지 네이처지에 실린 논문으로

슈퍼컴퓨터를 상회하는 성능을 보였다는 게 거의 확실해졌습니다.

 

그리고 지금 영상을 올리는 기준

이 논문이 게시된 지 2일밖에 안 지났기 때문에

우리나라 과학 유튜브 중 최초로 다루고 있을 수도 있는데요.

 

그럼, 양자컴퓨터는 왜 이렇게 난리일까요?

양자컴퓨터는 말 그대로 양자역학의 중첩원리를 이용해서 동작하는 컴퓨터입니다.

 

기존의 컴퓨터의 원리는

제가 이전에 반도체의 원리에서 간단하게 다뤘는데

한마디로 트랜지스터의 특성을 이용해서 동작을 합니다.

 

전류가 흐르면 1이고, 전류가 흐르지 않으면 0이 되는 것인데

이 방법으로 16개의 경우의 수를 만들려면 4비트가 필요합니다.

 

하지만 양자컴퓨터는 큐비트를 이용합니다.

큐비트는 예전에 제 채널에서 설명한

관측되기 전에는 물질의 상태가 정해지지 않는다는 중첩원리를 이용하는데요.

양자역학에 따르면

관측되기 전에 물질의 상태가 중첩상태로 있기 때문입니다.

 

결국 중첩상태로 존재하는 큐비트는

비트와는 달리 동시에 0과 1의 상태가 중첩이 되어 있고,

관측이 되는 순간 상태가 정해지는 원리를 사용합니다.

하지만 지난 영상에서도 얘기한 것처럼

여기서 관측이라는 것은 결어긋남을 의미하는데요.

 

결국 양자컴퓨터를 제대로 동작시키기 위해서는

큐비트를 완벽하게 중첩상태로 유지하는 게 굉장히 중요합니다.

 

이제 슬슬 소름 돋는 얘기를 하자면

이렇게 올해 최초의 상업용 양자 컴퓨터가 나왔고

이제 슈퍼컴퓨터의 성능을 넘어섰다고 해도

저는 개인적으로 우리 같은 일반인들이 사용하는 양자컴퓨터는

가까운 미래에 나오기 힘들다고 보고 있습니다.

 

왜냐하면 이렇게 큐비트를 중첩상태로 만드는 건

굉장히 어려운 일이기 때문인데요.

 

구글이 사용한 방식은 초전도 소자 방식으로

전자를 극저온 상태에서 중첩상태로 가둬두는 방식을 사용합니다.

 

물론 이 방법 말고도 이온트랩 방식도 존재하지만,

이번에 나온 양자컴퓨터는

초전도소자 방식으로 성공했기 때문에,

이번에는 초전도소자 방식을 중점적으로 얘기를 하겠습니다.

 

초전도소자 방식에서는

전자를 극저온에서 완전한 중첩상태로 만들어 두는 게 가장 중요합니다.

하지만 양자역학에 의해서 관측이 되지 않아야 되기 때문에

완벽히 상호작용되지 않는 상태를 유지해야 하는데요

 

만약에 주변에 작은 전자기파만 지나가도

전자기파에 의해서 전자의 중첩상태가 깨지게 되고, 오류가 생기게 됩니다.

 

한마디로 양자컴퓨터 주변에서

와이파이나 블루투스 같은

생활에서 쉽게 볼 수 있는 전자기파조차도 허용이 되지 않습니다.

 

이전 제 채널 양자역학 관련 영상들에서 얘기한 것처럼,

관측, 즉 상호작용이 되기 전까지

모든 물체의 상태는 정해지지 않았고

관측되는 순간 상태가 정해지는

양자역학의 특성을 이용해서 만들어야 되기 때문입니다.

 

양자역학을 처음 접한 분들이 이 영상을 봤을 때

이게 과연 과학이 맞나? 이거 유사 과학 아니야?

이런 댓글들을 달리기도 하는데요.

 

사실 이 내용은 실험적으로 증명이 되었을 뿐만 아니라,

이제는 이런 원리를 이용한 컴퓨터까지 나오고 있는 것이죠.

 

아무튼 이런 이유 때문에 올해 만들어진 세계 최초 상업용 컴퓨터도

크기가 엄청나게 거대합니다.

올해 2019년 1월에 IBM에서 선보인 양자 컴퓨터 Q System One의 경우에는

큐빗이 고작 20개밖에 사용되지 않았습니다.

 

우리 핸드폰에 들어가는 연산처리장치만 해도

약 20억 개의 트랜지스터가 사용된다는 걸 생각하면

엄청나게 작은 양인 거죠.

 

그런데도 불구하고 이 양자컴퓨터가 이렇게 거대한 건

까다로운 양자역학 때문에

전자를 중첩상태로 가둬두기 위한 초전도 설비가 크기 때문입니다.

 

이렇게 엄청나게 거대한 설비가

고작 20개의 큐비트를 동작하기 위해 사용되고

그마저도 중첩상태가 자주 깨지면서 오류가 많이 발생하기 때문에

연산량의 상당수를 이 오류를 바로잡기 위해 사용해야 합니다.

 

 

한마디로 이런 양자컴퓨터가 빠르게 개발이 된다고 해도

우리가 일상적으로 사용하는 가정용 컴퓨터와는 거리가 멀 가능성이 매우 높습니다.

 

그럼에도 불구하고 이런 양자컴퓨터의 놀라운 연산 속도로 인해서

과학발전이 엄청난 속도로 진행이 될 수가 있는데요.

 

그중 하나가 AI, 즉 인공지능인데요.

정말 현재의 슈퍼컴퓨터 성능을 완전히 뛰어넘는 양자 컴퓨터를 만들 수 있다면

그 크기가 얼마나 크던 간에

이런 양자 컴퓨터를 가진 기업은

이 컴퓨터의 연산 속도를 이용해서

엄청나게 성능 좋은 AI 인공지능을 개발할 수도 있을 것입니다.

마치 영화 속에 나오는 인간의 지능을 훨씬 초월한

초인공지능을 가진 양자컴퓨터가 등장할지도 모르는데요.

 

하지만 이런 장점들에도 불구하고 양자컴퓨터의 핵심은

이온이나 전자를 완전한 중첩상태로 가둬둬야 하는 것이기 때문에

개인적으로는 쉽지 않다고 생각합니다.

 

올해 1월 상업용 양자컴퓨터를 만들었다는 것도 충격인데

이번 구글에서 네이처지에 발표한 논문은 사실 더욱더 충격적입니다.

 

사실 이번에 구글에서 슈퍼컴퓨터의 성능을 넘어섰다는 양자컴퓨터가

고작 53개의 큐비트만 사용했다는 걸 생각해보면

양자컴퓨터의 앞으로의 가능성은 상상을 초월하는데요.

 

현재 우리의 보안 체계는

현존하는 슈퍼컴퓨터로

수억 년 동안 연산을 해야지 보안을 풀 수 있는 방식이기 때문에 안전했지만

만약 당장 내년에 현존하는 슈퍼컴퓨터보다

수십억 배의 성능을 가진 양자컴퓨터가 등장하게 된다면

굉장히 무서울 수도 있습니다.

 

과연 양자컴퓨터가 얼마나 발전하게 되고

과학의 발전 속도가 얼마나 빨라지게 될지 정말로 궁금하네요.

그럼 이만.