바이두 창업자, 왜 AI+양자컴퓨팅 파괴력을 강조하나

[북앤톡]지능혁명:인공지능시대의 생존전략을 읽고

양자컴퓨팅은 차세대 컴퓨팅 기술로 꼽히지만 사용자 입장에서 그 잠재력을 체감하기 어렵다. 

구글, IBM, 인텔 같은 회사들이 양자컴퓨팅 개발에 속도를 내고 있다는 정도가 외신을 통해 들려올 뿐이다. 양자 컴퓨팅이 지금의 실리콘 기반 컴퓨팅 패러다임을 어떻게 바꿔 놓을지도 아직은 불확실하다. 

컴퓨팅 파워 측면에선 지금 실리콘 기반 기술을 압도하지만 양자컴퓨팅이 제대로 돌아가도록 하는 환경을 구현하기는 만만치 않다는 지적도 있다.

이런 가운데 ,바이두 창업자 리옌홍은 최근 내놓은 책 '지능혁명:인공지능시대의 생존전략'에서 인공지능을 위한 컴퓨팅 인프라로 양자 컴퓨팅을 강조해 눈길을 끈다. 

그는 책에서 앞으로 5년 정도 후에 초기 양자 컴퓨터가 가능할 것이며, 양자컴퓨팅이 인공지능 산업의 근본적인 변화를 야기할 것이라고 전망한다.

"양자 컴퓨터와 인공지능은 본질적인 측면에서 관련이 있기 때문이다. 양자 컴퓨터의 핵심은 중첩 상태를 이용하는 것이다. 양자는 상태가 변화하는 능력을 가지고 있어서, 일정한 에너지를 추가하면 상태에 변화가 생긴다. 기존 컴퓨터 속의 0과 1처럼 한개의 시간대에 하나의 상태만 있는 것이 아니다. 양자의 중첩성은 동일한 시간대에 4가지 상태를 가지고 있기 때문에 전산 능력이 빠르게 상승하는 추세를 보이고 있다.

좋은 점은 양자 컴퓨터를 통해 많은 데이터 문제를 해결할 수 있다는 것이다. 막대한 데이터 앞에서 일반적인 알고리즘으로 계산할 경우 지구가 멸망할때까지도 계산해내지 못할 것이다. 하지만 양자 알고리즘을 사용할 경우 빠르게 계산해낼 수 있다. 따라서 미래의 양자 알고리즘으로 머신러닝을 하는 것은 상당히 자연스럽다.

이와 관련해서 하드웨어 역시 혁신해야 한다. 기존의 하드웨어는 불 대수를 위주로 하는데, 딥러닝의 핵심 계산은 이와 다르다. 행렬과 텐서의 계산이지 0과 1의 계산이 아니다. 아울러 미적분으로 계산해야 한다. 양자 컴퓨팅 역시 딥러닝과 마찬가지로 양자의 에너지 준위에 변화가 생길때 행렬과 텐서의 연산 관계를 이룬다. 

양자컴퓨터는 아직 실현되지 못했지만 많은 사람들은 양자 컴퓨터가 생긴후 어떻게 머신러닝을 추진할 것인가의 문제를 연구하고 있다. 이 분야에서 이미 많은 논문과 연구 성과가 발표되었다. 가령 10년 후 양자 컴퓨터가 개발될 경우 인공지능 산업에 대한 근본적인 변화를 야기할 것이다. 양자 컴퓨터와 인공지능, 딥러닝의 핵심 알고리즘은 철저하게 일치하기 때문이다. 

양자컴퓨터와 DNA(디옥시리보핵산) 컴퓨팅의 규모와 에너지는 오늘날 실리콘에 기반한 연산 능력을 훨씬 초월할 것이다. 엔지니어의 기술이 발전함에 따라 새로운 컴퓨팅 체험을 맞이하게 될 것이다. 양자컴퓨팅의 응용 범위도 상당히 광범위할 것으로 전망된다. 가장 오래된 농업 분야에서 가장 최초로 양자 컴퓨터 기술을 활용할 것이다. 앞에서 언급한 광합성 사례를 보면 식물마저 연산하고 있음을 알 수 있다. 향후 농작물은 모두 컴퓨터를 통해 계산 설계될 것이다. 양자 컴퓨터는 우리 사회에 큰 변화를 야기할 것이며 인류 문명을 철저히 데이터화 시대에 들어서도록 이끌 것이다.

양자컴퓨팅이 실리콘 기반 컴퓨팅 환경을 어느정도 대체할지는 미지수다.  영국의 경제 전문 미디어 이코노미스트가 내놓은 책 '메가테크2050'을 보면 양자컴퓨팅은 잠재력은 크지만 광범위한 분야에서 사용하기는 만만치 않은 기술이다.

양자 컴퓨팅은 기존의 어떠한 컴퓨터보다도 특정 유형의 수학적 문제를 훨씬 더 빨리 풀수 있는 기계를 만들 수 있다. 하지만 양자 기계는 다른 많은 문제에 대해서는 어떠한 이점도 제공하지 못할 것이다. 십년전의 양자 컴퓨팅은 추측에 근거한 연구에 국한되었다. 이 시기에는 몇몇 큰 회사들이 기술에 자금을 쏟아붓고 있었다. 마이크로소프트, IBM, 구글도 여기에 포함되었는데, 모두가 양자 칩이 향후 10년이나 20년안에 가용될 것이라고 예측했다. 사실 관심 있는 사람이라면 누구나 지금이라도 IBM의 양자 칩을 원격으로 가지고 놀 수 있으며, 인터넷을 통해 프로그래밍할 수 있다. 디웨이브라 불리는 캐나다 회사는 제한된 양자 컴퓨터를 파는데, 이것은 한가지 수학적 기능만을 수행할 수 있다. 하지만 아직 그 특정 기계가 다른 비양자 모델보다 정말 빠른지는 분명하지 않다.

3D 칩처럼 양자 컴퓨터도 특별한 관리와 수유가 필요하다. 양자 컴퓨터가 등장하기 위해서는 그 내부가 바깥 세상으로부터 밀폐되어 있어야 한다. 양자 컴퓨터는 아슬아슬하게 절대 영도 이내의 액체 헬륨으로 냉각시켜야만 한다. 그리고 정교하게 차폐 시켜 보호해야 하는데, 왜냐면 아주 작은 열의 진동이나 빗나간 전자기파가 그런 기계가 의존하는 섬세한 양자 상태를 망칠 수 있기 때문이다.

하지만 향후 개선 방안은 제한적이다. 얻을 수 있는 효과가 한번에 그치거나 특정 종류의 계산에만 적용된다. 무어의 법칙의 위대한 강점은 그것이 2년마다 메트로놈 같은 규칙성을 가지고 모든 것을 개선했다는 점이다. 하지만 미래의 진전은 혹독하고 더 예측하기 어렵고, 더 불규칙할 것이다. 그리고 전성기 때와 달리 소비재로 자연스럽게 이동할 것인지도 불투명하다. 어째튼 극저온으로냉각된 양자 PC 또는 스마트폰을 원하는 사람의 거의 없을 것이다. 액체 냉각 역시 마찬가지인데, 무겁고 지저분하고 복잡하다. 주어진 과제에 대해 특화된 로직을 만드는 것조차 그것을 정기적으로 사용될 때에만 가치가 있다.

'지능혁명'은 인공지능 분야 종사자가 아니면 이해하기 힘든 내용이 적지 않고, 직역투 번역이 많아 읽기가 만만치 않은 부분도 있다. 개인적으로도 모르는 부분은 그냥 건너뛰고 읽었다. 그럼에도 중국 인공지능 기술의 가능성을 살펴보는데는 충분히 의미가 있는 책 같다. 이와 관련해서는 별도 포스팅에서 정리해볼 생각이다.