먼저 양자컴퓨터가 무엇인 지 알기위해 기존 컴퓨터와의 차잇점을 알아보면 기존 컴퓨터는 이진수 기반의 비트(bit)를 사용하여 정보를 처리한다. 반면 양자 컴퓨터는 양자역학의 원리를 기반으로 동작하는 컴퓨터로 양자 비트 또는 큐비트(qubit)라고 하는 단위를 사용한다.
비트는 0 또는 1의 값을 가지고 이를 통해 데이터를 저장하고 연산을 순차적으로 처리하니 복잡한 문제를 해결하기 위해 여러 단계의 연산이 필요하다.
반면 양자 비트는 0과 1의 동시에 존재할 수 있는 상태인 "중첩"과 여러 개의 양자 비트가 상호 연결되어 정보를 처리하는 "양자 얽힘" 등의 특징을 가지고 있기에 복잡한 문제를 훨씬 빠르게 처리할 수 있다.
결국 양자 컴퓨터는 양자 역학의 원리를 사용하여 정보를 처리하는 컴퓨터로서, 양자 비트를 기반으로 하고 양자 상태의 특성을 이용하여 무지 빠르게 작동할 수 있는 컴퓨터다.
이러한 양자컴퓨터로 인한 인공지능 개발등이 가져오게 될 양자시대에 우리 일상은 어떤 변화를 가져 올 것인지 추측해 보면:
먼저 양자 컴퓨터는 전통적인 컴퓨터보다 훨씬 빠른 계산 속도를 제공할 수 있기에 복잡한 문제를 더 빠르게 해결하여, 과학 연구, 약물 개발, 금융 분석 등 분야에서 혁신을 가져올 수 있다.
또한 양자 컴퓨터는 암호 해독과 보안 분야에서 양자 암호학 기술을 사용하면 현재의 암호화 방식보다 훨씬 안전한 통신이 가능해질 수 있다. 그러나 역으로 암호 해독에도 사용될 수 있어 보안 측면에서 새로운 문제를 제기할 수 있다.
마지막으로 양자 컴퓨터는 머신러닝과 인공지능 분야에서도 혁신을 가져올 수 있는데양자 계산의 특성이복잡한 패턴 인식, 최적화 문제, 큰 데이터 집합 분석 등을 할 수 있기때문이다.
양자 컴퓨터가 머신러닝과 인공지능에서 혁신적인 것은이미지, 음성, 텍스트 등 다양한 데이터에서 유용한 패턴을 추출하는 과정을 더욱 효율적으로 수행할 수 있기 때문이다.
그리고 머신러닝과 인공지능의 최적화는 양자 컴퓨터의 강점인데 양자 컴퓨터는 복잡한 최적화 문제를 효율적으로 해결할 수 있는 알고리즘을 활용할 수 있다.
결국 그렇게 해서 물류 및 운송 최적화, 자원 할당 문제, 금융 포트폴리오 등 다양한 분야에서 큰 혁신을 가져올 수 있다.
예를 들어 물류 및 운송 최적화에서는 양자 컴퓨터를 활용하여 최단 경로 문제나 배송 경로 최적화 문제를 효율적으로 해결할 수 있다. 이는 물류 및 운송 분야에서 비용을 최소화하고 배송 시간을 단축시키게 된다.
그리고 자원 할당 문제에서는 양자 컴퓨터를 사용하여 제한된 자원을 효율적으로 분배할 수 있는데 예를 들어, 제조업에서는 장비 및 인력의 최적 조합을 찾는 문제를 양자 컴퓨터를 활용하면 최적의 자원 할당 방법을 더욱 빠르고 정확하게 결정할 수 있다.
금융 포트폴리오 최적화에서는 양자 컴퓨터를 사용하여 포트폴리오의 수익과 위험을 최적화하는 방법을 탐색하여 투자자들이 최적의 자산 배분을 결정하는 데 도움을 줄 수 있기에 금융 시장에서 더욱 효율적인 포트폴리오 관리를 가능하게 한다.
이외에도 양자 센서는 미세한 변화나 신호를 감지하는 탁월한 성능으로 환경 모니터링, 의료 진단, 자율 주행 차량 등 다양한 분야에서 정확하고 신속한 데이터 수집을 가능하게 할 것이다.
그리고 양자 인터넷은 현재의 인터넷보다 더욱 빠르고 안전한 데이터 전송을 가능하게 할 것이고 대용량의 데이터를 초당 초 광대역으로 전송하여 긴 거리에서도 안정적으로 통신할 수 있게 한다.
양자시대에는 양자 물질 연구가 발전하여 새로운 소재와 기술의 개발이 가속화될 것으로 예상되어 양자 재료의 특성을 이용한 더 경량화된, 효율적인 에너지 저장 장치, 환경 친화적인 소재 등이 개발될 수 있다.
양자 기술과 인공지능을 결합한 양자 인공지능은 기존의 인공지능보다 더욱 진보된 학습, 판단, 예측 능력을 갖출 수 있다. 이를 통해 자율 주행 차량, 의료 진단, 로봇 공학 등 다양한 분야에서 인간 수준 이상의 성능을 발휘할 것이다.
그러나 양자 컴퓨터와 양자 인공지능이 일상생활에서 널리 사용되기까지는 몇 가지 기술적 및 상업적인 도전이 존재한다. 양자 비트의 안정성 유지, 오류 수정 기술, 확장성 등의 문제가 아직 해결되지 않고 있다.
현재로서는 양자 컴퓨터는 아직 개발 중이고 상용화 단계에 이르지 않았다. 하지만 연구와 기술 개발이 계속되고 있고 양자 컴퓨터와 양자 인공지능이 일상생활에서 널리 사용되기까지는 시간이 걸릴 수 있지만, 기술적인 도전을 극복하면서 점차적으로 현실화될 것으로 기대되고 있다.
그럼 이처럼 인류에게 유용한 양자컴퓨터는 앞으로 몇 년 뒤에나 상용화가 가능할까?
일상생활에 쓸 만한 양자컴퓨터가 등장하려면 100만 개에서 1억 개의 큐비트를 정밀하게 조작하는 일이 가능해야 한다고 한다. 그런데 아직 수십 혹은 수백 개의 큐비트를 조작하는 구글이나 IBM의 양자컴퓨터는 말 그대로 연구 초기 단계이다. 해서 양자컴퓨터가 당장 수년 안에 상용화되리라는 식의 말은 과장된 허풍이라고 봐야 한다고 한다.
그러나 가능한 더 빨리 양자컴퓨터의 상용을 가져오기 위해 미국, 중국등이 경쟁을 벌이고 있고 기술은 임계치를 채우면 어느 순간 양자도약식의 비약적인 발전을 가져올 수도 있다 본다.
의약분야 한 부문만 봐도 각국은 지난 번 코로나사태 때 백신 개발에 총력을 기했지만 너무도 다양한 분자구조 측정을 하는데 시간이 많이 들었고 결국 연구가 더디 이뤄져 신속하게 이뤄내지 못했다.
현재 치매를 치료할 약이 개발되지 않았다. 지금도 제약회사와 대학 등의 수많은 실험실에서 치매를 치료하는 데 도움이 될 만한 신약을 개발하고자 엄청난 노력을 하고 있는데 만약 양자컴퓨터가 상용화된다면 문제가 달라질 것이라 한다.
원자·분자를 수많은 방식으로 조합해 용도에 맞는 최적의 화학물질을 찾기가 훨씬 빨라지니그렇게 찾은 화학물질로 임상시험을 시도해서 효과 좋은 치매 신약을 정말 빨리 개발할 수도 있다한다.
양자 컴퓨터 