구글의 2029년 개발 발표로 다시 주목받는 양자컴퓨터

구글은 최근 캘리포니아 산타바바라에 새로운 양자 AI 캠퍼스 구축을 발표했다. 이 캠퍼스에서 2029년까지 양자컴퓨터를 제작할 것이라고 한다. 이 발표 이후 다시금양자컴퓨터에 대한 관심이 고조되고 있다.

사실 양자컴퓨터에 대한 관심은 MIT가 2018년 10대 혁신기술로 양자컴퓨터에 주목하면서부터다. 특히 IBM, 구글 등 잇달아 상용화 계획을 발표하면서 이목을 끌었다.
현재 미국과 일본, 중국, 캐나다 등이 앞서가고 있으며 2024년에 100억 달러 시장규모가 전망된다.


양자컴퓨터는 이제 막 시작하는 단계이나 기존 컴퓨터의 한계를 극복할 것으로 기대되고 있다. 양자 컴퓨터란 양자 역학 고유의 중첩과 얽힘 등의 원리를 활용, 다수의 정보를 동시에 초고속으로 처리할 수 있는 새로운 개념의 컴퓨터다.

여기서 중첩은 기존 컴퓨터가 0과 1로 구분되는데 비해 0이면서 동시에 1인 상태를 의미하며, 얽힘은 아무리 멀리 있어도 한쪽의 동작에 따라 반대쪽의 동작을 예측할 수 있음을 의미한다.

이런 기능을 보유함에 따라 기존 컴퓨터가 숫자 계산 시에 한 번에 한 개씩 계산을 수행하는 데 비해 양자 컴퓨터는 한 번만으로 계산을 수행할 수 있다.

실제 구글은 현재 컴퓨터가 수행하는 데 1만 년이 걸릴 것을 단 3분 만에 계산을 완료했다고 주장하고 있다.

이런 월등한 처리 속도로 인해 전기차, 클라우드, 5G, 금융, 의료 등 다양한 일상 분야에 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다. 관련 산업의 개발 속도도 빠르다.
데이터 처리와 작업 완료를 가속화함에 따라 특히 제약 개발 및 생성과 관련하여 우리가 알고 있는 의료 산업을 변화시킬 수 있는 잠재력을 가진다. 분자와 입자를 가진 실험은 현재 불치의 것으로 여겨지는 조건에 대한 처리를 만들기 위해 무한히 빨라질 수 있다.

양자 컴퓨터의 또 다른 기대 효능은 사이버 보안 및 데이터 암호화다. 양자 기계의 확률과 불확실성에 뿌리를 두고 있기 때문에 양자 정보는 본질적으로 복사하거나 복제하는 것이 불가능하다. 해커의 손에서 복제하거나 정보에 대한 불법적인 접근을 할 수 없다.

또한 금융 및 데이터 과학 분야에서 예측 과정에 새로운 수준의 정확도를 확보할 수 있다.


양자컴퓨터 개발 배경은 기술 진화다, 컴퓨터의 본질은 결국 연산이며 지금까지의 연산과정은 트렌지스터를 연결하고 논리 회로를 통해 구현되는데 이는 거대화와 대규모 전력 소모를 초래했다.

양자컴퓨터는 이런 장치의 거대화와 전력 소모를 절약해야 한다는 현실적 측면에서 개발이 가속화되고 있다.


시장조시기관 가트너는 글로벌 기업들이 양자 컴퓨팅 프로젝트에 대한 관심이 늘어나고 있음을 발표한 바 있다.

글로벌 시장 조사기관에서도 안보적 측면에서 암호화 보안, 신무기 개발, 통신 감청 등에서 발전 가능성이 크고 경제적 측면에서 신약, 재생 에너지, 전기차 등 산업 전 분야에서 활용 가능성이 커지고 있다.

시장조사기관 홈랜드 시큐리티 리서치는 세계 양자컴퓨터 시장이 오는 2024년에 100억 달러(제품과 서비스 85억 달러, R&D분야 22억 달러) 규모를 넘어설 것으로 전망한 바 있다.

개발은 하드웨어와 소프트웨어 분야에서 이뤄지고 있다.

우선 관심이 가는 국가는 캐나다로 1999년 양자컴퓨팅을 표방한 최초의 기업이자 최초의 양자컴퓨터 상용화 기업인 D-웨이브 시스템스(D-Wave Systems)가 있기 때문이다. 캐나다는 정부가 대학과 연합해 연간 300만~500만 달러를 R&D에 투자하고 있다.

미국은 세계 최고의 양자컴퓨터 선도 기업인 구글과 IBM, 인텔 등이 소재한다.

일본도 슈퍼컴퓨터 분야에서 세계적 강국인데 이를 능가하는 양자컴퓨터 개발을 위해 다양한 연구를 하고 있다.

중국은 2018년부터 5년간 1000억 위안(약 17조 원)을 투입해 초고속 양자컴퓨터 개발에 나서고 있다. 중국의 한 연구팀은 62큐비트 프로그래밍이 가능한 초전도 양자 프로세서를 성공적으로 설계했다.



글로벌 IT 선도 기업들이 상용화를 위한 연구개발에 나서고 있지만 아직 해결과제가 많다. 기존 컴퓨터를 대체할 수 있을 만큼 연산 처리 능력이 우월하다는 점을 입증해야 한다.

연산 처리과정에 발생하고 있는 오류, 양자통신과 융합 등 양자 컴퓨팅 네트워크의 구현 등이 남아 있다.


양자 컴퓨터는 초고속 병렬 컴퓨팅 능력을 가지고 있으며 특정 알고리즘을 통해 암호화, 빅데이터 최적화, 재료 설계와 약물 분석과 같은 중요한 사회적 및 경제적 문제를 해결하는 고전 컴퓨터의 능력을 기하급수적으로 가속화할 수 있을 것으로 기대된다.

최근 중국은 최근 62큐비트 양자 프로세스를 개발했다. 이 초전도 양자 컴퓨팅은 확장 가능한 양자 컴퓨팅을 위한 가장 유망한 후보 중 하나다.

큐비트의 수를 늘리고 초전도 큐비트의 성능을 향상하여 특정 문제의 처리 속도에서 가속을 달성할 수 있을 것으로 기대된다.

또한 제약 분야에서 사용할 수 있으며, 사용 가능한 모든 약물 분자 후보에서 가장 유망한 약물 분자 조합을 신속하게 선택할 수 있다. 5년 내에 제약 분야에서 초전도 양자 컴퓨터를 사용할 수 있을 것이라고 밝히고 있다.

미국의 구글은 산타 바바라에 새로운 양자 AI 캠퍼스 구축을 발표했다. 새 캠퍼스를 구축함으로써 최초의 양자 데이터 센터, 양자 하드웨어 연구 실험실 및 프로세서 칩 제조 시설 역할을 하는 전용 센터를 갖게 되었다.

구글의 목표는 오류 수정 양자 컴퓨터를 구축하는 것이다. 구글은 '시카모어'라는 양자 프로세서를 가지고 있다. 2019년 200초 만에 매우 복잡한 계산을 해결할 수 있었다. 2029년까지 양자 컴퓨터를 구축하고자 한다.

이를 위해 100만개의 물리적 큐비트를 구축해야 한다. 현재 대부분 양자 프로세서는 100큐비트 미만을 가지고 있다. 따라서 100만 큐비트로 점프하려면 수년간의 노력이 필요하다. 이를 통해 오류 수정의 질이 높아진다.

IBM도 양자 컴퓨터 분야 강자다. 2023년까지 1,121큐비트 프로세서를 출시할 계획 이다. 이 회사가 개발한 소프터웨어는 양자 회로의 속도를 120배나 향상했다.

양자 혁명은 더 이상 미래에 멀지 않다. 지금 일어나고 있다. 정부, 거대 IT기업 및 개인 투자자들이 이미 양자 물리학, 하드웨어 및 소프트웨어 분야의 연구 개발에 지속적으로 투자하고 있다.

기업들도 양자 컴퓨팅이 자신의 비즈니스 요구와 목표에 상호 보완될 수 있도록 고유한 방법을 중심으로 전략을 세워야 한다. 새로운 기술을 비즈니스와 통합하는 것만으로는 충분하지 않다. 양자 컴퓨팅 기능을 비즈니스 구조, 산업 및 궤도에 맞추기 위해 모범 사례를 고안해야 한다.

우리 기업들도 과학자 및 연구자와 더 많은 계획과 협력을 전개해야 뒤처지지 않을 것이다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com