2020.03.17

양자 머신러닝의 씨앗을 심는 AI 업체…2020년대에 꾸준한 확산 기대

James Kobielus | InfoWorld
양자는 첨단 컴퓨팅 분야에 일어날 다음 혁신이라기보다는 모든 분야를 통틀어 가장 큰 혁신이 될 잠재력을 지닌 미래의 접근 방법이라고 하는 편이 더 정확하다.

비현실적으로 보이고 천문학적으로 평행하며 깰 수 없도록 암호화되고 빛보다 빠른 아원자 계산을 가능하게 해주는 양자 패브릭의 이론적인 가능성을 고려하면 양자는 AI의 발전에 있어 궁극의 아키텍처가 될 수 있다.
 
ⓒ Microsoft

IT 산업이 양자 기술의 개발과 상용화에 있어 상당한 진척을 이루고 있다는 점에는 이론의 여지가 없다. 그러나 이 열기로 인해 전례 없는 수준의 과장이 형성되는 중이기도 하다. 양자 기술이 컴퓨팅 분야에서 전통적인 폰 노이만 아키텍처의 진정한 후계자임을 입증하기까지는 시간이 걸릴 것이다.

언론에서는 프로그래밍 가능한 양자 소자가 폰 노이만 아키텍처의 범위를 넘어선 문제를 해결할 수 있다는 주장을 근거로 양자 우위를 주장하지만, 정작 양자의 현실성에 대한 이야기는 찾아보기 어렵다. 달리 말하면 양자 컴퓨터가 AI나 머신러닝 및 기타 첨단 분석의 실제 사용례에 적용되고 있다는 증거는 여전히 거의 없다.
 

주류 AI와 머신러닝을 향한 머나먼 길

AI는 진작부터 양자 컴퓨팅의 킬러 앱으로 꼽혀왔지만, 상용 데이터 분석 영역에서 양자의 존재감은 아직 거의 없다.

우리는 최근의 업계의 움직임이 우리 스스로를 혹독한 “양자의 겨울”로 몰아가고 있지는 않은 지 자문해야 한다. 양자의 겨울이란 양자 기술에 대한 초기 과장에 대한 역풍으로 찾아올 긴 AI의 혹한기를 의미한다. 여러 평행 우주에 걸쳐 실행되는 양자 분석이 가진 놀라운 가능성에 대한 이야기도 좋지만, 지금 우리의 일상에 큰 변화를 가져올 명확한 킬러 앱을 가진 성숙한 기술을 눈앞에 제시하는 것은 전혀 별개의 사안이다.

그럼에도 불구하고 연구자는 물론 분석 전문가들 사이에서도 머신러닝이 일상에서 양자의 핵심 사용례가 될 것이라는 공감대가 커지고 있다.

최근에 나온 이야기가 아니다. MIT 교수 세스 로이드는 2013년에 이미 “첫 양자 응용 분야”는 머신러닝이라고 선언했다. 구체적으로 로이드는 “q-앱”을 제안했다. q-앱은 “양자 컴퓨터가 거대한 데이터베이스를 통해 실시간 검색을 수행할 수 있도록 해줄 뿐만 아니라 절대적인 프라이버시도 보장하는(검색 엔진 공급업체가 쿼리를 도청하려고 시도할 경우 섬세한 q-비트의 상태 중첩이 훼손되므로) q-비트를 사용해 구글과 같은 쿼리를 인코딩”한다.

더 중요한 점은 최근 양자 컴퓨팅 영역에서 아마존 웹 서비스, 마이크로소프트, IBM, 허니웰의 제품 출시와 여러 발표 내용이 다양한 수준에서 AI와 머신러닝 사용례를 다루고 있다는 것이다. 이러한 발표 중에서 실질적인 비즈니스 문제를 해결하는, 보편적으로 사용 가능한 양자 제품이나 서비스와 관련된 것은 없다. 그러나 대부분의 발표에는 프로그래머가 양자 하드웨어 플랫폼 또는 클라우드 서비스에서 이러한 솔루션을 개발할 수 있게 해주는 도구가 포함되어 있다.

마이크로소프트는 2019년 11월 애저 퀀텀(Azure Quantum)을 발표했다. 이 양자 컴퓨팅 클라우드 서비스는 현재 비공개 프리뷰 단계이며 올 하반기 일반 공개될 예정이다. 마이크로소프트가 개발한 양자 지향 Q# 언어, 그리고 파이썬과 C# 및 기타 언어를 위한 마이크로소프트 오픈 소스 퀀텀 개발 키트와 함께 제공된다. 이 키트에는 ML, 암호화, 최적화 및 기타 영역의 양자 앱 개발을 위한 라이브러리가 포함된다.

애저 퀀텀이 발표되고 한달 뒤에는 AWS가 아마존 브라켓(Amazon Braket) 서비스를 발표했다. 역시 아직 프리뷰 단계인 아마존 브라켓은 완전 관리형 AWS 서비스로, 과학자와 연구자, 개발자가 한 곳에서 D-웨이브(D-Wave), 아이온Q(IonQ), 리게티(Rigetti)를 비롯한 양자 하드웨어 제공업체의 컴퓨터를 사용해 실험할 수 있게 해준다. 양자 알고리즘(머신러닝 포함)을 구축하고 시뮬레이션된 양자 컴퓨터에서 테스트하기 위한 단일 개발 환경을 제공한다. 개발자는 다양한 하드웨어 아키텍처에서 ML 및 기타 양자 프로그램을 실행할 수 있다. 또한 사용자는 아마존 브라켓 개발자 툴킷이나 주피터(Jupyter) 노트북과 같은 익숙한 툴을 사용해서 양자 알고리즘을 설계할 수 있다.

이후 1월에는 IBM이 20만 명 이상의 사용자가 IBM 클라우드를 통해 IBM의 양자 시스템과 시뮬레이터에서 수천억 개의 실행 작업을 구동하는 Q 네트워크(Q Network)의 확장을 발표했다. 네트워크 참가자들은 IBM의 양자 전문 기술과 리소스, 오픈소스 키스킷(Qiskit) 소프트웨어 및 개발자 툴을 이용하고 클라우드 기반으로 IBM 퀀텀 컴퓨테이션 센터(IBM Quantum Computation Center)에도 액세스할 수 있다. 현재 실행 중인 워크로드의 상당수에는 머신러닝, 양자 컴퓨팅 아키텍처의 실시간 시뮬레이션이 포함된다.

약 2주 전에는 허니웰이 3개월 내에 고용량 양자 컴퓨터를 일반 공개할 것이라고 발표했다. 또한 허니웰 벤처스(Honeywell Ventures)가 케임브리지 퀀텀 컴퓨팅(Cambridge Quantum Computing)과 자파타 컴퓨팅(Zapata Computing)에 투자 중이라는 사실도 발표했다. 두 회사 모두 머신러닝에 대한 전문 기술과 양자 컴퓨팅 응용을 위한 교차 영역(cross-vertical) 알고리즘 및 소프트웨어를 보유했다.
 

양자 툴, 주요 AI/머신러닝 개발 프레임워크로 진출

가장 중요한 발표는 며칠 전에 나왔다. 구글 텐서플로우 퀀텀(TensorFlow Quantum)의 출범이다. 소프트웨어로만 구성되는 새로운 스택으로, 널리 도입된 텐서플로우 오픈소스 머신러닝 라이브러리와 모델링 프레임워크를 확장해 양자 컴퓨팅 플랫폼에서 머신러닝 모델 구축과 학습을 처리하도록 지원한다.

구글의 X 연구개발 부서에서 개발한 텐서플로우 퀀텀은 데이터 과학자가 파이썬 코드를 사용해서 표준 케라스(Keras) 함수를 통해 양자 머신러닝 모델을 개발할 수 있게 해주며, 기존 텐서플로우 API와 호환되는 양자 회로 시뮬레이터와 양자 컴퓨팅 프리미티브 라이브러리를 제공한다.



2020.03.17

양자 머신러닝의 씨앗을 심는 AI 업체…2020년대에 꾸준한 확산 기대

James Kobielus | InfoWorld
양자는 첨단 컴퓨팅 분야에 일어날 다음 혁신이라기보다는 모든 분야를 통틀어 가장 큰 혁신이 될 잠재력을 지닌 미래의 접근 방법이라고 하는 편이 더 정확하다.

비현실적으로 보이고 천문학적으로 평행하며 깰 수 없도록 암호화되고 빛보다 빠른 아원자 계산을 가능하게 해주는 양자 패브릭의 이론적인 가능성을 고려하면 양자는 AI의 발전에 있어 궁극의 아키텍처가 될 수 있다.
 
ⓒ Microsoft

IT 산업이 양자 기술의 개발과 상용화에 있어 상당한 진척을 이루고 있다는 점에는 이론의 여지가 없다. 그러나 이 열기로 인해 전례 없는 수준의 과장이 형성되는 중이기도 하다. 양자 기술이 컴퓨팅 분야에서 전통적인 폰 노이만 아키텍처의 진정한 후계자임을 입증하기까지는 시간이 걸릴 것이다.

언론에서는 프로그래밍 가능한 양자 소자가 폰 노이만 아키텍처의 범위를 넘어선 문제를 해결할 수 있다는 주장을 근거로 양자 우위를 주장하지만, 정작 양자의 현실성에 대한 이야기는 찾아보기 어렵다. 달리 말하면 양자 컴퓨터가 AI나 머신러닝 및 기타 첨단 분석의 실제 사용례에 적용되고 있다는 증거는 여전히 거의 없다.
 

주류 AI와 머신러닝을 향한 머나먼 길

AI는 진작부터 양자 컴퓨팅의 킬러 앱으로 꼽혀왔지만, 상용 데이터 분석 영역에서 양자의 존재감은 아직 거의 없다.

우리는 최근의 업계의 움직임이 우리 스스로를 혹독한 “양자의 겨울”로 몰아가고 있지는 않은 지 자문해야 한다. 양자의 겨울이란 양자 기술에 대한 초기 과장에 대한 역풍으로 찾아올 긴 AI의 혹한기를 의미한다. 여러 평행 우주에 걸쳐 실행되는 양자 분석이 가진 놀라운 가능성에 대한 이야기도 좋지만, 지금 우리의 일상에 큰 변화를 가져올 명확한 킬러 앱을 가진 성숙한 기술을 눈앞에 제시하는 것은 전혀 별개의 사안이다.

그럼에도 불구하고 연구자는 물론 분석 전문가들 사이에서도 머신러닝이 일상에서 양자의 핵심 사용례가 될 것이라는 공감대가 커지고 있다.

최근에 나온 이야기가 아니다. MIT 교수 세스 로이드는 2013년에 이미 “첫 양자 응용 분야”는 머신러닝이라고 선언했다. 구체적으로 로이드는 “q-앱”을 제안했다. q-앱은 “양자 컴퓨터가 거대한 데이터베이스를 통해 실시간 검색을 수행할 수 있도록 해줄 뿐만 아니라 절대적인 프라이버시도 보장하는(검색 엔진 공급업체가 쿼리를 도청하려고 시도할 경우 섬세한 q-비트의 상태 중첩이 훼손되므로) q-비트를 사용해 구글과 같은 쿼리를 인코딩”한다.

더 중요한 점은 최근 양자 컴퓨팅 영역에서 아마존 웹 서비스, 마이크로소프트, IBM, 허니웰의 제품 출시와 여러 발표 내용이 다양한 수준에서 AI와 머신러닝 사용례를 다루고 있다는 것이다. 이러한 발표 중에서 실질적인 비즈니스 문제를 해결하는, 보편적으로 사용 가능한 양자 제품이나 서비스와 관련된 것은 없다. 그러나 대부분의 발표에는 프로그래머가 양자 하드웨어 플랫폼 또는 클라우드 서비스에서 이러한 솔루션을 개발할 수 있게 해주는 도구가 포함되어 있다.

마이크로소프트는 2019년 11월 애저 퀀텀(Azure Quantum)을 발표했다. 이 양자 컴퓨팅 클라우드 서비스는 현재 비공개 프리뷰 단계이며 올 하반기 일반 공개될 예정이다. 마이크로소프트가 개발한 양자 지향 Q# 언어, 그리고 파이썬과 C# 및 기타 언어를 위한 마이크로소프트 오픈 소스 퀀텀 개발 키트와 함께 제공된다. 이 키트에는 ML, 암호화, 최적화 및 기타 영역의 양자 앱 개발을 위한 라이브러리가 포함된다.

애저 퀀텀이 발표되고 한달 뒤에는 AWS가 아마존 브라켓(Amazon Braket) 서비스를 발표했다. 역시 아직 프리뷰 단계인 아마존 브라켓은 완전 관리형 AWS 서비스로, 과학자와 연구자, 개발자가 한 곳에서 D-웨이브(D-Wave), 아이온Q(IonQ), 리게티(Rigetti)를 비롯한 양자 하드웨어 제공업체의 컴퓨터를 사용해 실험할 수 있게 해준다. 양자 알고리즘(머신러닝 포함)을 구축하고 시뮬레이션된 양자 컴퓨터에서 테스트하기 위한 단일 개발 환경을 제공한다. 개발자는 다양한 하드웨어 아키텍처에서 ML 및 기타 양자 프로그램을 실행할 수 있다. 또한 사용자는 아마존 브라켓 개발자 툴킷이나 주피터(Jupyter) 노트북과 같은 익숙한 툴을 사용해서 양자 알고리즘을 설계할 수 있다.

이후 1월에는 IBM이 20만 명 이상의 사용자가 IBM 클라우드를 통해 IBM의 양자 시스템과 시뮬레이터에서 수천억 개의 실행 작업을 구동하는 Q 네트워크(Q Network)의 확장을 발표했다. 네트워크 참가자들은 IBM의 양자 전문 기술과 리소스, 오픈소스 키스킷(Qiskit) 소프트웨어 및 개발자 툴을 이용하고 클라우드 기반으로 IBM 퀀텀 컴퓨테이션 센터(IBM Quantum Computation Center)에도 액세스할 수 있다. 현재 실행 중인 워크로드의 상당수에는 머신러닝, 양자 컴퓨팅 아키텍처의 실시간 시뮬레이션이 포함된다.

약 2주 전에는 허니웰이 3개월 내에 고용량 양자 컴퓨터를 일반 공개할 것이라고 발표했다. 또한 허니웰 벤처스(Honeywell Ventures)가 케임브리지 퀀텀 컴퓨팅(Cambridge Quantum Computing)과 자파타 컴퓨팅(Zapata Computing)에 투자 중이라는 사실도 발표했다. 두 회사 모두 머신러닝에 대한 전문 기술과 양자 컴퓨팅 응용을 위한 교차 영역(cross-vertical) 알고리즘 및 소프트웨어를 보유했다.
 

양자 툴, 주요 AI/머신러닝 개발 프레임워크로 진출

가장 중요한 발표는 며칠 전에 나왔다. 구글 텐서플로우 퀀텀(TensorFlow Quantum)의 출범이다. 소프트웨어로만 구성되는 새로운 스택으로, 널리 도입된 텐서플로우 오픈소스 머신러닝 라이브러리와 모델링 프레임워크를 확장해 양자 컴퓨팅 플랫폼에서 머신러닝 모델 구축과 학습을 처리하도록 지원한다.

구글의 X 연구개발 부서에서 개발한 텐서플로우 퀀텀은 데이터 과학자가 파이썬 코드를 사용해서 표준 케라스(Keras) 함수를 통해 양자 머신러닝 모델을 개발할 수 있게 해주며, 기존 텐서플로우 API와 호환되는 양자 회로 시뮬레이터와 양자 컴퓨팅 프리미티브 라이브러리를 제공한다.



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