SF에서 현실로 뛰쳐나온 양자 컴퓨팅

양자 컴퓨팅이라고 하면 여전히 공상과학 소설에나 나올 법한 단어로 들리지만 앞으로 5 ~ 10년 후면 현실에서 보게 될지도 모른다.

펀드-IT(Pund-IT)의 애널리스트 찰스 킹은 “아직은 많은 측면에서 SF에 가깝다”며 “시스템은 여전히 기초적인 수준이다. 특정 분야의 계산은 전통적인 컴퓨터에 비해 빠르지만 한계가 있다. 진정한 양자 시스템이 현실화될 경우 IT 업계와 민간 및 공공 분야 조직은 물론 개인도 특정 유형의 문제에 대한 시각을 근본적으로 바꾸게 될 것이며 전통적인 해결 방법은 거의 사라지게 될 것”이라고 말했다.

아직은 아니지만 업계 전문가들은 그 시점이 다가오고 있다고 말한다.

캐나다 기업인 D 웨이브 시스템즈(D-Wave Systems)가 진정한 양자 컴퓨터를 만들었다고 발표했을 때 컴퓨팅 업계와 물리학계에서 한바탕 논란이 일어났지만 실제 이 회사의 양자 시스템이 성과를 내고 있다는 새로운 증거가 나왔다.

D 웨이브의 양자 시스템을 1년 이상 테스트하고 있는 NASA와 구글은 지난 주 D 웨이브 2X 양자 컴퓨터가 싱글 코어 프로세서로 구동되는 기존 컴퓨터에 비해 1억배 빠른 속도로 한 문제에 대한 답을 도출했다고 발표했다.

구글 엔지니어링 부문 책임자인 하트무트 네이븐은 지난주 기자회견에서 보편적인 싱글 코어 컴퓨터가 1만년이 걸려야 해결할 수 있는 몇 가지 문제를 D 웨이브 양자 컴퓨터는 1초만에 해결할 수 있다고 말했다.

D-웨이브 시스템은 애초에 이 시스템이 만들어진 목적에 따라 한 가지 종류의 문제만 다룬다. 향후 양자 컴퓨터 역시 일명 최적화 문제로 불리는(optimization problems), 막대한 계산이 필요하고 엄청나게 복잡한 질문을 다루어야 하는 특정한 유형의 문제에 집중하는 형태가 될 것으로 전망된다.

과학자들은 언젠가 양자 컴퓨터가 암, 알츠하이머와 같은 질병의 치료 방법을 찾는 데 사용될 수 있을 것으로 기대한다. 또한 컴퓨터 네트워크를 보호하는 용도나 인간의 생존이 가능한 먼 행성을 찾는 용도로도 사용될 수 있다.

NASA와 구글이 밝힌 성공적인 결과를 보면 진정한 양자 컴퓨터의 시대가 한 걸음 다가왔다고 할 수 있다. NASA와 구글은 지난 9월 앞으로 7년 동안 D 웨이브 시스템즈가 개발할 새로운 양자 컴퓨터를 테스트하기로 협의했다.

현재 구글과 NASA는 이 회사의 양자 컴퓨터를 인공 지능과 머신 러닝 개발에 사용 중이다
D 웨이브 시스템즈만 양자 시스템을 개발하는 것은 아니다. 지난 4월 IBM은 자사 연구원들이 두 가지 핵심적인 진전을 이루었으며 이를 통해 실제 작동하는 양자 시스템 개발을 몇 년 단축시킬 수 있을 전망이라고 발표했다.

지난 주에는 미국 국가정보국 산하의 미 정보고등연구계획활동(IARPA, U.S. Intelligence Advanced Research Projects Activity) 프로그램이 IBM에 향후 다년간 양자 시스템 구축을 지속할 수 있을 정도의 연구 보조금을 지급했다고 발표했다.

IARPA나 IBM 모두 보조금의 구체적인 액수는 밝히지 않았으며 협상이 계속 진행 중이라고 전했다.

D-웨이브 시스템즈와 IBM의 발표는 고도로 복잡한 양자 컴퓨터 분야가 현재 활발히 발전되고 있음을 보여주는 사례다.

양자 컴퓨팅은 만들기도 어렵지만 설명하기도 그에 못지않게 어렵다. 세계 최고의 물리학자들 중에서도 양자 컴퓨팅의 작동 원리를 이해하지 못한다고 인정하는 사람들이 있을 정도다. 전통적인 컴퓨터는 1와 0, 즉 비트를 사용해서 명령어를 처리하며 선형적인 방법으로 계산을 진행한다. 그러나 양자 컴퓨터는 비트가 아닌 큐비트를 사용한다. 큐비트는 1과 0 모두 될 수 있다. 큐비트를 사용하는 양자 시스템은 일반적인 컴퓨터와 작동 방식이 다르며 모든 가능성을 동시에 계산할 수 있다.

IDC 애널리스트 스티브 콘웨이는 “아직 극초기 단계다. 양자 분야는 논란이 많고 종종 험악한 말도 오가는 분야다. 언제나 질문은 ‘이것이 과연 진정한 양자 컴퓨팅이냐?’라는 한 가지다. D 웨이브는 실제 양자 컴퓨터를 만들었다는 측면에서 가장 앞서 있다. 이것이 진정한 양자 컴퓨터가 아니라고 주장하는 사람들도 있지만 구글과 NASA는 테스트할 가치가 있다고 판단했다”고 말했다.

콘웨이는 “또한 IBM은 이미 진행 중인 연구를 더 진척시키기 위한 보조금도 받았다. IBM과 같은 유력 기업이 양자 컴퓨팅의 가능성에 대한 연구에 더 집중하는 것은 좋은 현상이다. 양자 컴퓨팅에 대해 그렇게 깊이 연구할 수 있는 기업은 많지 않다”고 덧붙였다.

그러나 콘웨이는 양자 컴퓨팅이 유의미한 시장이 되려면 아직 몇 년이 더 필요하며, 기업들이 양자 시스템을 유용한 컴퓨팅 자산으로 고려하기까지도 많은 시간이 필요할 것이라고 말했다.
콘웨이는 “양자 컴퓨터가 당장 기존 컴퓨터를 몰아내지는 않을 것”이라며 “극히 실험적인 첨단 분야 연구인 만큼 오랜 시간이 걸릴 것”이라고 말했다.

펀드-IT의 킹은 발전 속도가 생각보다 빠를 수 있으며 5~10년 안에 성과가 나올 가능성이 있다고 말했다. IBM의 연구가 예상보다 빠른 발전을 이끌 수 있다는 것이다.

킹은 “IBM은 오류 검출과 교정 개념을 포함해 이미 몇 가지 양자 컴퓨팅 역량을 시연했다”면서 “IARPA가 IBM 프로젝트를 보조금을 지급할 만한 수준으로 평가했다는 사실이 이를 뒷받침한다. IBM에게는 아주 좋은 소식”이라고 말했다.

물론 업계 전체적으로도 반가운 소식이다. 킹은 “양자 프로젝트에 투입되는 에너지와 자금이 과거 어느 때보다 많은 만큼 양자 컴퓨팅 기술이 지속적인 탄력을 받게 될 가능성이 높다. 그렇게 된다면 몇 년 안에 SF에나 나올 법한 시스템이 현실화될 수도 있다”고 말했다. editor@itworld.co.kr