#25-5. 지금 당장 양자컴퓨터에 투자하라

Feb 15. 2025

이전에 올렸던 글에서 등장한 친한 동생과의 대화에서 양자컴퓨터에 관련해 이야기를 잠시 나눴었다. 사실 '양자'에 대해서도 잘 이해하고 있지 못했기 때문에 양자컴퓨터에 대해 잘 이해하지 못하였다. 그래도 관심이 가서 책을 찾아보기도 하고 관련 주식들도 열심히 검색하여 공부도 해봤다.

이 책은 하루 만에 모두 다 읽었다. 일과 시간에 절반을 나머지 싸지방 연등 시간에 나머지를 읽었는데 생각보다 흥미진진하고 양자컴퓨터가 정말 미래에 혁신적인 역할을 할 수도 있겠다는 생각이 확신으로 바뀌며 책이 술술 넘어갔다.

양자컴퓨터 기업 중에 많은 기업들이 있는데 본 책에서 저자는 아이온큐에 대해서 집중적으로 서술하고 있다. 일단 양자컴퓨터 판매로 큰 매출을 낸 기업이 아이온큐가 유일하기 때문이다.

많은 사람들이 양자컴퓨터에 대한 투자를 주저하는 이유는 '상업화'의 이유 때문이다. 이것이 우리 삶에 녹아들려면 아직까지는 많은 시간이 필요하다.

모든 기술들이 그렇듯 초반에는 그 누구도 생각하지 않던 것이 어느 날 보면 너무나도 우리 일상에 당연하게 사용되고 있다. 특히나 스마트폰, 오픈 AI 등 요즘 시대는 그런 경험을 몸소 하고 있기 때문에 이런 양자컴퓨터도 언젠가 그런 날이 오리라 생각된다.

POINT 1

양자 컴퓨터는 지금까지의 컴퓨터와 무엇이 다른가?

현재 우리가 사용하고 있는 일반적인 데스크톱이나 슈퍼컴퓨터는 고전 컴퓨터라고 불린다고 한다. 고전 컴퓨터는 0 또는 1이라는 값을 가진 비트(Bit)를 연산의 기본 단위로 사용하는데 이 비트는 오직 1개의 상태만 가질 수 있다. 이에 비해서 양자컴퓨터는 양자역학의 원리를 활용해 0과 1의 상태를 동시에 가지는 퀀텀 비트(Quantum Bit) 즉, 큐비트(Qubit)를 사용한다.

보통 양자역학은 천재들만 공부한다고 들었다. 물리학에서도 양자역학 분야는 진짜 어려운 분야라고 익히 들어 알고 있다.

큐비트의 품질은 물리적 큐비트< 알고리즘 큐비트 < 논리적 큐비트 순이라고 보면 된다고 한다.

참고로 아이온큐의 큐비트는 알고리즘 큐비트를 사용한다고 한다.

아무래도 고전 컴퓨터와 양자컴퓨터의 가장 큰 차이는 속도이다. 고전 컴퓨터가 1000번의 연산을 해야 할 것은 양자컴퓨터는 한 번에 진행해 답을 구할 수 있다고 생각하면 된다.

그러나, 양자컴퓨터는 아직 인류가 능숙하게 다루지 못하는 양자역학의 원리를 활용하기 때문에 주변의 작은 소리, 열, 방사능에도 쉽게 오류가 발생한다고 한다.

양자컴퓨터의 상업화에서 핵심은 이 오류를 잡는 것이다.

POINT 2

인류에게 양자컴퓨터가 꼭 필요한 이유

첫째, 양자컴퓨터는 지금 우리가 사용하고 있는 RSA 방식의 암호를 해킹할 수 있는 능력을 곧 가지게 되기 때문.
둘째, 양자컴퓨터는 수많은 경우의 수 중 최적의 수를 찾아야 하는 '최적화'에 능하기 때문.
셋째, 무엇보다 양자컴퓨터는 머신 러닝 분야에서 엄청난 잠재력을 가지고 있기 때문. 이 머신 러닝은 자율주행 기술 완성의 핵심이 될 것임.
넷째, 양자컴퓨터는 시뮬레이션에 능하기 때문.(신약 개발 등 다양한 시뮬레이션 돌릴 수 있음.)

POINT 3

양자컴퓨터를 둘러싼 오해와 진실

첫째, 양자컴퓨터가 기존의 컴퓨터를 바로 대체할 수는 없다.

양자컴퓨터는 고전 컴퓨터에 비해 산수에 약한 편이기 때문인데 전문가들은 이러한 이유 때문에 가까운 미래에는 고전 컴퓨터와 양자컴퓨터가 함께 쓰이는 하이브리드 컴퓨팅이 대두될 것으로 예상한다고 한다.

둘째, 양자컴퓨터가 빠르게 상용화되어 금방이라도 양자 노트북 같은 제품이 보급될 수 있으리라고 생각하는 것.

양자컴퓨터 발전에서 제일 중요한 것은 '양자 오류 수정'이라는 기술을 상용화해 양자컴퓨터의 치명적인 단점인 높은 오류율을 극복하고, 고객들이 양자컴퓨터를 사용했을 때 상업적 가치를 창출할 수 있어야 한다는 것이다.

그렇다고 상용화가 아직도 한참 멀었다고 하기에는 아직 이르다.

전 세계 3대 클라우드 아마존 브라켓, 애저 퀀텀 클라우드, 구글 클라우드 등에 소정의 수수료만 지불한다면 실제로 접속해서 사용이 가능하다고 한다.

내가 사용하던 구글 클라우드가 양자컴퓨터를 이용한 것이었다니 나는 이 책을 읽으면서 처음 알았다. 허허...

POINT 4

양자에 대한 이해와 양자컴퓨터가 슈퍼컴퓨터보다 빠를 수 있는 이유

양자란?

전자, 광자 등 물리학에서 다루는 아주 작은 단위의 물질들과 에너지 단위를 통칭하는 용어이다. 이 세상의 모든 물질은 작은 입자가 모여서 이루어지는데 그 입자가 바로 원자, 전자, 양성자 같은 양자이다.

이러한 양자들의 움직임을 설명하는 것 = 양자역학

양자역학은 크게 '양자 중첩', '양자 얽힘'으로 나뉨

<이에 대한 내용도 자세하게 나와있는데 간단하게 이해하고 넘어갔다. 양자는 깊게 파고들수록 머리만 아파진다 허허.. 석박사님들이 열심히 연구해 주시겠지 ㅎ...>

어쨌든, 이 양자 중첩과 얽힘으로 인하여 0과 1이 중첩된 상태를 가질 수 있는 양자 비트 즉 큐비트를 연산 단위로 하기 때문에 매우 빠르게 연산이 가능하다.

POINT 5

양자컴퓨터의 종류와 대표기업들

1. 초전도체 방식

대표 기업 : 구글, IBM, 리게티, 디웨이브

장점 : 기존 반도체 기술을 활용하기 때문에 진입 장벽이 낮고, 양자 연산 속도가 빠름

단점: 구현된 큐비트의 양자 상태 유지 시간이 매우 짧고, 인공적으로 제조된 큐비트라 수율 문제나 오류율이 높다는 단점이 있다. 극저온 상태를 만들어야 해서 대형 냉동고가 필요하다 보니 물리적으로 커다란 공간이 요구되고 극저온 상태 유지를 위해 많은 에너지가 필요함.

2. 이온 트랩 방식

대표 기업 : 아이온큐, 퀀티뉴엄

장점: 자연 그대로의 원자를 사용하기 때문에 큐비트들이 서로 완전히 동일하여 수율 문제가 없고 내재적으로 낮은 오류율을 가지고 있다.

단점: 연산 속도가 다소 느리고, 고급 광학 기술이 필요하며 큐비트 숫자를 늘리는 것이 쉽지 않다.

3. 광자 양자컴퓨터

대표기업: 싸이퀀텀, 자나두

장점: 연산 속도가 빠르고 상온에서 작동이 가능하며 오류율이 낮고 양자 연산 시간이 길다.

단점: 얽힘을 구현하는 것 자체가 어렵고 내재적인 오류율이 높다.

4. 스핀 큐비트

대표기업: 인텔

장점: 기존 반도체 기술 활용 가능, 연산 속도 빠름

단점: 극저온 필요하고 아직까지 오류율이 높아 크게 발전하지 못함.

5. 위상학적 큐비트

대표기업: 마이크로소프트

위상항적 큐비트 양자컴퓨터는 원래 전기가 통하지 않는 물질이지만, 위상이 다른 두 물질의 경계에서 전도성을 갖는 물질인 위상부도체를 큐비트로 활용하는 양자컴퓨터를 의미한다.

아직까지 이러한 물질이 실존하는지에 대해 의견이 분분하다고 한다.

6. 중성원자 큐비트

대표기업: 큐에라

장점: 모든 큐비트가 동일하고 수율의 문제가 없으며 연결성이 뛰어나고 극저온 냉동고가 필요하지 않음.

단점: 고진공상태와 고난도의 레이저 기술을 필요로 함.

POINT 6

양자컴퓨터 투자의 리스크

첫째, 아직까지 양자컴퓨터로 고객이 실제로 상업적 가치를 창출하는 사례가 없다.
*즉, 현재 수준의 양자컴퓨터는 아직 연구실 단계이거나 이제 막 정부 기관들과 기업들이 시도해 보는 단계임을 잊지 말아야 함. (최소 2030년은 봐야 한다.)

둘째, 양자컴퓨터의 치명적인 단점인 오류율
양자컴퓨터가 상업화되려면 고객들에게 상업적 가치를 전달해야 하고 무엇보다 오류 수정 기술이 상업화돼야 한다.