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큐비트

“양자컴퓨터, 지금은 사용 사례보다 '보안 계획'에 주목할 때”

전문가에 따르면 CIO가 지금 계획해야 할 것은 양자 컴퓨터를 ‘사용하는 방법’이 아니라 양자 컴퓨터의 공격을 ‘방어하는 방법’이다. 양자 컴퓨터(Quantum compute)는 기존 컴퓨터보다 기하급수적으로 더 많은 데이터를 처리할 수 있는 잠재력을 가진다. 하지만 실제로 그런 잠재력을 실현하려면 갈 길이 멀다. 누구에게 물어보는지에 따라 기간이 달라지며, 그 차이는 1년에서 10년 또는 그 이상에 달할 수 있다. 한 가지 확실한 사실은 전 세계의 기업 및 국가가 양자 컴퓨터에 수십억 달러를 투자하고 있으며, 관련 기술이 빠르게 발전하고 있다는 점이다.   CIO닷컴이 개최한 ‘데이터의 미래 서밋(Future of Data Summit)’에서는 왜 비즈니스에서 양자 컴퓨팅 사용 그리고 보안이 오늘날 가장 시급한 문제인지 대해서 다뤘다. 아래는 참석자 에릭 크노르, 로저 그림스, 밥 루이스가 논의한 내용이다. 자세한 내용은 기사 가장 하단의 영상(영문)에서 확인할 수 있다.  참고로 에릭 크노르는 CIO닷컴의 수석 기자다. 로저 그림스는 보안 교육 회사 노비포(KnowBe4)의 데이터 기반 방어 에반젤리스트이자 ‘암호화 종말: 양자 컴퓨팅이 오늘날의 암호를 깨뜨리는 날을 위한 준비(Cryptography Apocalypse: Preparing for the Day When Quantum Computing Breaks Today’s Crypto)’라는 책의 저자다. 밥 루이스는 경영진이자 IT 컨설턴트이며 최근 책 ‘IT 프로젝트 같은 것은 없다: 의도적인 비즈니스 변화를 위한 핸드북(There’s No Such Thing as an IT Project: A Handbook for Intentional Business Change)’을 저술했다.    오늘날 양자는 어디에 있는가? 에릭 크노르(이하 에릭) : 지금 당장 비즈니스 문제나 컴퓨팅 문제를 해결할 수 있는 양자 컴퓨터가 있는가? 로저 그림스(이하 로저) : ...

양자 컴퓨터 양자 컴퓨팅 큐비트 2022.07.18

우주방사선, 양자 컴퓨팅의 새로운 위협으로 부상…오류 정정 기능 불능화

신뢰할 수 있는 오류 정정 기능은 양자 컴퓨터를 일상적인 용도에 사용하기 위해 해결해야 할 중요한 과제 중 하나이다. 그런데, 이 영역에서 양자 컴퓨팅 분야는 뜻하지 않은 방해로 어려움을 겪고 있다.    테크니카(Technica)의 보도에 따르면, 구글 양자 프로세서의 오류 정정을 시험하는 과정에서 전체 오류 정정 프로세스가 산발적으로 실패했다. 연구팀은 이런 실패를 자연 방사선 때문으로 보고 있다. 자연 방사선은 우주 방사선과 자연적으로 발생하는 방사성 동위원소의 붕괴 등을 말한다. 테크니카와 네이처 피직스에 따르면, 연구팀은 자연 방사선으로 인한 문제가 양자 연산의 오류 조정을 방해하기에 충분할 정도로 빈번하게 발생한다는 결론에 도달했다. 따라서 방사선의 영향을 제한할 수 있는 새로운 방안을 찾아야만 한다. 우주 방사선과 방사능은 전통적인 컴퓨터에도 문제가 되는데, 방사능이 물질과 부딪힐 때 전하가 유도하고 컴퓨터는 여기에 민감하게 반응하기 때문이다.  하지만 양자 컴퓨팅에서 사용하는 큐빗은 객체의 양자 상태 형태로 정보를 저장한다. 우주 방사선은 여기에도 영향을 미치지만, 메커니즘은 완전히 다르다. 우주 방사선은 포논이라 형태로 발생하는 진동 에너지를 생성하고, 이들 에너지는 또 결합을 통해 준입자를 형성한다. 준입자는 양자 컴퓨터 하드웨어와 에너지를 교환할 수 있기 때문에 혼란을 일으킨다.  하나의 큐빗에만 영향을 미친다면, 큰 문제가 아닐지도 모른다. 양자 컴퓨팅의 오류 정정이 단일 큐빗의 오류를 바로잡기 위한 것이기 때문이다. 하지만 준입자는 원래 위치 주변으로 팽창하며 여러 큐빗에 영향을 미친다. 오류 정정을 방해하기에 충분한 수준이다.  정확하게 어떤 일이 일어나는지 파악하기 위해 구글 연구팀은 프로세서에서 오류가 가장 적게 발생하는 큐비트 26개를 선택해 모두 단일 양자 상태로 만들었다. 그리고 프로세서를 잠시 유휴 상태로 두고 큐비트의 상태가 유지되는지 확인했다. 프로세서가 유휴 상태인...

양자컴퓨터 우주방사선 오류정정 2021.12.17

양자 컴퓨팅을 가로 막는 4가지 기술적 장애물

지금 수백만 개의 큐비트가 있다면 양자 컴퓨팅으로 무엇을 할 수 있을까? 답은 ‘시스템의 나머지 부분이 없다면 아무것도 할 수 없다’이다. 업계 전반적으로 양자 연구 분야에서 많은 진척이 이뤄지고 있다. 그러나 업계는 양자 시스템 개발이라는 마라톤의 결승점에 다가가기 위해서는 네 가지의 주요 과제를 극복해야 한다.      양자의 위력  양자 컴퓨팅의 위력을 이해하는 간단한 방법 중 하나는 컴퓨터 비트를 동전으로 생각하는 것이다. 동전은 앞면 또는 뒷면, 둘 중 하나가 될 수 있다. 이제 이 동전이 회전한다고 상상해 보자. 회전하는 동안에는 어떤 측면에서 동시에 앞면도 되고 뒷면도 될 수 있다. 두 가지 상태의 중첩이다.  양자 비트, 즉 큐비트는 회전하는 동전과 비슷하다. 양자 시스템에서 중첩 상태의 각 큐비트는 여러 상태를 동시에 표현한다. 중첩된 양자는 상호 연결되고(양자 얽힘 현상), 이론적으로 양자 컴퓨터의 성능은 시스템에 큐비트가 추가될 때마다 기하급수적으로 증가한다  현재 양자 시스템은 수십 개의 얽힌 큐비트로 실행되지만 실용적인 애플리케이션을 실행하기 위해서는 수만 개, 아니 수백만 개의 큐비트를 원하는 대로 운용할 수 있어야 한다. 이 임계점에 이르기 위해 넘어야 할 과제는 무엇일까?    큐비트의 품질  양자 시스템의 확장에서 생성 가능한 큐비트의 수가 전부는 아니다. 대대적인 혁신과 관심이 필요한 첫 번째 영역은 대량으로 제조 가능한 고품질 큐비트를 생성할 수 있는 업계의 역량이다.  현재 나와 있는 소형 초기 양자 컴퓨팅 시스템에 사용되는 큐비트는 품질이 낮아 상용 규모의 시스템 용도로는 사용할 수 없다. 실용적인 응용 영역에서 양자 프로그램을 실행할 수 있는 대규모 시스템을 구축하기 위해서는 수명이 더 긴 큐비트와 큐비트 간의 더 높은 연결성이 필요하다.   인텔은 실리콘 회전 큐비트가 이 수준의 품질을 달성하기 위해 최적의 경로...

양자컴퓨팅 퀀텀 인텔 2020.12.21

'파인만에서 -273도 냉동실까지' 한눈에 보는 양자 컴퓨팅의 역사

일반적인 컴퓨터는 1 또는 0, 두 가지의 상태를 갖는 이진수를 사용한다. 반면 양자 컴퓨터는 동시에 여러 상태로 존재할 수 있는 큐비트를 사용한다. 큐비트를 상호 연결하면 처리 성능을 기하급수적으로 높일 수 있는데, 이는 여러 가지 측면에서 큰 파급 효과로 이어진다.   실제로 효과적인 암 치료제 개발 속도를 높이는 것부터 다른 신기술 발전 지원에 이르기까지, 양자 컴퓨팅 기술을 활용할 수 있는 흥미로운 분야가 많다. 인공 지능을 만들고 학습시키는 데 소요되는 시간을 비약적으로 줄여 지금보다 접근성을 대폭 높이는 것도 가능할 것으로 기대된다. 이 혁신적 기술을 현실로 만들기 위해 구글과 IBM 등이 지난 5년 동안 큰 진전을 이뤘다. 과학자와 엔지니어는 100큐비트 시스템을 만든다는 목표에 점점 더 다가가는 중이다. 이렇게 최근 몇 년 사이 양자 컴퓨팅이 빠르게 발전했지만 그 기반은 지난 세기까지 거슬러 올라간다.   1965년: 파인만 원자 폭탄 개발 과정에서 이미 중요한 역할을 하고 있던 저명한 물리학자 리차드 파인만은 1960년대 중반 양자 전기역학으로 관심을 돌렸다. 이 분야는 광자와 전자기력에 의해 제어되는 전자의 상호 작용을 다룬다. 파인만의 연구는 반입자는 시간을 역행하여 움직이는 일반 입자라는 중요한 예측으로 이어졌다. 아인슈타인 스스로 양자론에 회의적이었고 물리학 연구에 있어 확고한 예측과 관찰을 선호한 상황에서, 파인만의 이 이론은 양자 컴퓨팅 개발의 중요한 초기 발판이 됐다. 파인만의 연구 결과는 이후 이진수와 양자 시스템 간의 관계 탐구로 확장됐다.   1980~1985: 범용 양자 컴퓨터 파인만이 1982년부터 양자 시스템을 사용한 계산의 이점에 대해 강의하기 시작하면서 양자에 대한 인식이 크게 높아졌다. 파인만은 “빌어먹게도 자연은 고전적이지 않다. 자연을 시뮬레이션하려면 양자역학적으로 해야 할 것인데, 이건 아주 신나는 문제다. 왜냐하면 전혀 쉽지 않아 보이는 문제이기 때문이다”라는 유명한 푸념(?...

파인만 양자컴퓨팅 큐비트 2020.12.03

2018 양자 컴퓨팅의 현황과 기업의 현재 상황

양자 컴퓨팅(Quantum Computing)에 대해 가장 먼저 알아야 할 점은 양자 컴퓨팅이 전통적인 또는 ‘일반적인’ 컴퓨팅을 대체하지 않는다는 것이다. 두 번째는 양자 컴퓨팅은 아직 초기 기술이며 본격적인 궤도에 오르기까지 아직 몇 년은 더 걸릴 수 있다는 점이다. 세 번째 알아야 할 점은? 바로 지금부터 양자 컴퓨터로부터 데이터를 보호해야 한다는 것이다. 양자 컴퓨팅에 대해 알아야 할 사항을 개략적으로 정리하면 다음과 같다. 양자 컴퓨팅이란 우리가 수십 년 동안 사용해온 일반적인 컴퓨터는 2진수 비트 배열을 사용한다. 각 비트는 항상 두 가지 확정적 상태인 0 또는 1 중 하나이며, 0과 1은 온/오프 스위치로 작용해서 컴퓨터 기능을 수행한다. 반면 양자 컴퓨터는 양자 비트, 즉 큐비트를 사용한다. 각 큐비트는 0과 1을 동시에 나타낼 수 있다. 따라서 양자 컴퓨터는 일반적인 컴퓨터에 비해 훨씬 더 많은 정보를 저장할 수 있으며, 방대한 양의 계산을 병렬로 몇 초 만에 처리할 수 있는 잠재력을 지녔다. 가장 빠른 기존 컴퓨터보다 훨씬 더 빠른 속도다. 양자 컴퓨팅 용어 양자 컴퓨팅 용어 몇 가지를 간단히 정리하면 다음과 같다. 양자역학 : 양자 물리학이라고도 하며, 원자와 아원자 입자 관점에서 자연을 설명하는 물리학 이론이다. 양자 컴퓨터는 중첩, 얽힘과 같은 양자역학 현상을 기반으로 한다. 중첩(Superposition) : 큐비트는 중첩이라는 양자역학 원리를 통해 한 번에 두 가지 이상이 될 수 있다. 가트너 데이터 센터및 클라우드 인프라 리서치 담당 부사장 매튜 브리스는 중첩은 양자 컴퓨터에 속도, 병렬성을 부여하며 동시에 수백만 개의 계산을 실행할 수 있도록 한다고 말했다. 다르게 표현해 보자. 기존 컴퓨터 비트에서 고양이는 죽거나 살아 있거나 둘 중 하나다. 양자 컴퓨터 큐비트에서 고양이는 중첩 덕분에 죽은 동시에 살아 있을 수 있다. (이 고양이 비유는 많은 사람들이 양자 ...

퀀텀 양자컴퓨팅 큐비트 2018.07.16

양자 컴퓨팅이란 무엇이며, 왜 중요한가

AI를 새로운 차원으로 끌어 올릴 수 있는 엔터프라이즈 솔루션으로 양자 컴퓨팅이 부상하고 있다. 양자 컴퓨팅이란 무엇이며, 어떻게 작동하고, 누가 양자 컴퓨팅의 비즈니스 잠재력을 이미 시험하고 있는지 알아보자. 양자 컴퓨팅은 한때 그림의 떡처럼 여겨지던 기술이었다. 그러나 오늘날에는 기업에서 머신러닝, 최적화, 검색 등 전통적인 컴퓨팅 모델이 해결하지 못했던 과제들을 해결하는 수단의 하나로 떠오르고 있다. 가트너는 지금 양자 컴퓨팅 기술에 대한 탐색을 시작하지 않으면 경쟁사에 뒤처질 것이라고 경고한다. 양자 시스템은 슈퍼컴퓨터로도 처리하는 데 몇 년씩 걸리는 데이터를 몇 초만에 처리할 수 있다. 가트너의 애널리스트 매튜 브라이스는 양자 컴퓨팅이 중요한 컴퓨팅 문제를 해결하고자 하는 기업에 중요한 전환점이 될 수 있다고 강조했다. 특히 양자 시스템이 머신러닝 알고리즘을 더 빨리 처리해 정보를 처리하고 통찰력을 얻는 과정에 가속도를 붙여줄 것으로 기대한다. 브라이스는 “양자 컴퓨팅으로 머신러닝의 속도를 높일 수 있다면, 인공지능 도입도 가속화되는 동시에 효율화될 것이다”라고 강조했다. 가트너는 포춘지 선정 500대 기업 가운데 약 20%가 2021년까지 양자 컴퓨터와 관련된 예산을 책정하리라고 추정했다. 브라이스 역시 CIO들로부터 양자 컴퓨팅에 관한 전화를 매달 20통 가까이 받고 있다. 주로 양자 컴퓨팅이 무엇인지, 어떤 일을 할 수 있는지, 그리고 이 기술을 다룰 수 있는 엔지니어를 어디에서 구할 수 있는지 등을 궁금해한다. 그리고 무엇보다 어떻게 하면 양자 컴퓨팅을 비즈니스에 적용하고, 혁신을 위한 기회로 삼을 수 있을지를 알고 싶어 한다. 브라이스는 이런 의문은 아주 바람직한 현상이라고 밝혔다. 왜냐하면 CIO들은 이미 머신러닝이나 인공지능 기술을 무시하는 실수를 저지른 바 있고, 그런 실수를 다시 반복해서는 안 될 것이기 때문이다. 머신러닝, AI가 주류 기술로 부상하면서 많은 CIO가 필요한 데이터 과...

양자컴퓨팅 퀀텀컴퓨팅 큐비트 2018.07.13

“큐비트 간 상관 거리는 16나노미터” 호주 연구팀, 양자 컴퓨팅의 과제 중 하나 해결

양자 컴퓨팅의 가능성에 대해 과학자들이 흥분하는 부분은 여러 개의 양자 비트(큐비트)에서 발생하는 이른바 ‘양자 얽힘(Quantum Entanglement)’이다. 양자 얽힘은 전통적인 비트와 구분되는 큐비트만의 고유한 특징이다. 캘리포니아 공대의 존 프레스킬은 양자 얽힘을 ‘이상한 책’에 비유해 설명했다. 이 비유에 따르면 “정보가 페이지 위에 쓰이지 않고 페이지 간의 상관관계 속에 저장되므로 정보를 보려면 모든 페이지를 동시에 읽어야 한다.” 이는 큐비트 스핀(spin)의 상호 작용을 나타낸다. 두 스핀이 가리키는 방향은 알 수 없더라도(0 또는 1 사이) 서로 반대 방향을 향하고 있다는 것을 안다. 두 개의 스핀은 일단 얽히면 서로 얼마나 멀리 떨어지든(인공 위성까지의 거리만큼 떨어진다 해도) 다음에 측정할 때 이 상태가 유지된다. 오스트레일리아의 뉴사우스웨일스 대학 안드레 모렐로 교수는 “양자 시스템의 막대한 컴퓨팅 역량을 활용하기 위한 열쇠는 이처럼 얽힌 양자 상태에 접근하는 것”이라고 설명했다. 모렐로 교수는 “양자 컴퓨팅에서 얽힌 상태는 기존과는 전혀 다른 컴퓨터 코드를 나타낸다. 데스크톱 컴퓨터에서는 두 개의 비트가 값을 갖지 않으면서 상반되는 값을 갖도록 코딩할 방법이 없지만, 양자 컴퓨터에서는 가능하다. 큐비트가 많을수록 이처럼 얽힌 양자 코드가 확산되고 큐비트의 수에 따라 기하급수적으로 증가한다”고 덧붙였다. 아인슈타인이 “도깨비 같은 원격 작용”이라고 기술했던 이 현상을 실용적인 양자 컴퓨터에서 포착하기란 대단히 어렵다. 현실에서 얽힌 상태는 극도로 부서지기 쉽고 외부 세계의 간섭에 의해 손쉽게 손상되기 때문이다. UNSW 연구팀은 두 개의 상호작용하는 큐비트를 가진 실리콘 칩을 생산, 얽힘과 관련된 엔지니어링에서 “중대한 이정표”를 달성했다. UNSW를 거쳐 현재...

나노미터 양자컴퓨팅 큐비트 2018.03.13

마이크로소프트의 양자 컴퓨팅 세계 들여다 보기

마이크로소프트 CEO 사티야 나델라는 양자 컴퓨터가 곧 미래라고 말한다. 말뿐이 아니라 나델라는 양자 컴퓨팅을 AI, 혼합/증강 현실과 함께 마이크로소프트 미래 전략의 세 기둥 중 하나로 보고 막대한 자금을 투자하고 있다. 나델라는 양자 컴퓨팅이 마이크로소프트가 큰 영향력을 갖고 경쟁업체들과 차별화될 수 있는 분야임을 확신한다. 그러나 양자 컴퓨터 만들기는 어려운 일이다. 마이크로소프트는 지금까지 20년 이상 연구와 투자를 계속해왔다. 이 과정에서 전 세계 대학들과 협력해 순수 물리학과 컴퓨터 과학을 혼합하고 실험적 아이디어를 제품화했다. 최종적인 목표는 누구나 사용할 수 있는, 규모의 조정이 가능한 양자 컴퓨터를 만드는 것이다. 양자 컴퓨팅에 대한 마이크로소프트의 새로운 접근 방법: 마요라나 입자 마이크로소프트는 양자 컴퓨팅을 위해 디웨이브(DWave)와 같은 기업들과 달리 프로세스의 중심인 큐비트(qubit), 즉 양자 비트를 만드는 데 있어 새로운 접근 방법을 취하고 있다. 마이크로소프트는 대학 연구원들과 손잡고 새로운 유형의 입자인 마요라나(Majorana) 페르미 입자를 사용하는 방법을 연구 중이다. 마요라나 입자는 1930년대 말에 처음 제안됐지만 최근 들어서야 극저온 상태의 반도체 나노와이어에서 탐지됐다. 마이크로소프트의 양자 컴퓨터에 사용되는 마요라나 입자는 다른 큐비트 접근 방법에 비해 더 안정적이며 오류율이 낮고, 상태를 읽을 때 증발될 가능성이 낮은 위상 매듭 전반으로 전자 상태를 분산시킨다. 양자 컴퓨팅에 대한 이 위상 접근 방법을 두고 나델라는 “퀀텀 컴퓨터의 트랜지스터”라고 말했다. 아직 양자 프로세서는 아니지만 그 길을 향한 첫 걸음이다. 양자 컴퓨터 만들기 : 극저온 필요 양자 컴퓨터를 사용한 작업은 지금의 기계를 사용하는 방식과는 판이하게 다르다. 비트의 1과 0은 큐비트로 대체된다. 이때 분할된 전자의 통계적인 흐림(blur)은 해석이 필요하다. 큐비트 온도가 절대 0도에 근...

리퀴드 마이크로소프트 양자컴퓨터 2017.10.19

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