약진하는 양자 컴퓨팅 기술
꿈의 기술, 양자 컴퓨팅
1965년 인텔의 공동 창립자인 고든 무어는 무어의 법칙을 제시하며, 트렌지터의 수가 18개월마다 2배로 증가하면서 컴퓨팅 계산 능력이 2배로 증가한다고 주장했다. 실제 이 법칙은 수십 년동안 반도체 산업의 지침으로 작용했고 실제 2032년까지는 이런 속도로 컴퓨팅 처리 속도가 개선될 수 있을 것으로 예상하고 있다. 하지만, 그 이후에는 현대의 반도체 기술을 넘어선 혁신적인 물리학과 재료기술이 있어야 이 법칙이 통용될 수 있다. 그런 면에서 양자 컴퓨팅은 양자역학의 원리를 활용하여 정보를 처리하는 기술로 기존의 클래식 컴퓨터보다 훨씬 빠른 속도로 복잡한 계산을 수행할 수 있다. 이 기술이 상용화되면 무어의 법칙을 넘어선 어마어마한 연산처리 능력을 가진 차세대 컴퓨팅 기술을 확보할 수 있게 된다.
그렇다보니 1980년대부터 양자 컴퓨팅의 이론적 연구가 시작되었고 이 시기에 양자 컴퓨팅의 기본 원리와 알고리즘이 연구되었다. 이후 1990년대부터 양자 컴퓨팅의 실험적 연구가 시작되어 양자 컴퓨팅의 원리를 활용하여 간단한 계산을 수행하는 실험적인 양자 컴퓨터가 개발되었다. 그리고, 2000년대부터 양자 컴퓨팅의 상용화 연구가 시작되어 다양한 기업들이 양자 컴퓨팅의 연구와 개발을 시작하였다. 덕분에 최근들어서며 양자 컴퓨팅은 최근 다양한 성과를 거두고 있다.
이같은 양자 컴퓨팅 분야에서 활동을 하는 기업으로 IBM과 구글, 마이크로소프트가 대표적으로 이들은 양자 컴퓨팅의 연구와 개발을 주도하고 있다. 양자 컴퓨팅의 원리를 활용하여 다양한 양자 컴퓨터를 개발하고 있다. 이같은 양자 컴퓨팅은 앞으로 다양한 분야에서 활용될 것으로 예상된다. 무엇보다 기존의 클래식 컴퓨터보다 훨씬 빠른 속도로 복잡한 계산을 수행할 수 있어 기존 슈퍼컴퓨터와 인공지능과 LLM이 적용되는 모든 개발 영역에 있어 뛰어난 속도로 시간을 단축해줄 수 있을 것이다.
게다가, 지난 2023년 8월 뜨거운 과학 기술 주제였던 초전도체 개발은 양자 컴퓨팅 개발에 획기적인 도움을 줄 수 있어 큰 반향을 불러일으켰다. 초전도체는 저항이 없는 물질적 특성을 활용해 양자 비트의 에러율을 줄이고 양자 상태를 더 오래 유지할 수 있도록 도와준다. 그로 인해 에너지 손실이 적어져 양자 컴퓨터의 가장 큰 한계인 전력 소모를 줄일 수 있다. 또한, 초전도체를 활용한 양자 컴퓨팅은 더 빠르고 정확한 연산을 가능하게 해주며 알고리즘의 효율성도 높여준다. 덕분에 현재 양자 컴퓨팅 기술이 갖는 상용화하기까지의 시간을(대략 5년~10년으로 예상) 단축시켜주는데 직접적인 도움을 줄 수 있다. 하지만, 초전도체 개발이 사실이 아닌 것으로 판명됨으로 인해 양자 컴퓨팅의 상용화에 대한 기대도 거품이 되었다.
하지만, 그럼에도 많은 기업들은 차세대 기술 혁신 과제로 양자 컴퓨팅을 연구 개발 중이다. 양자 알고리즘과 하드웨어의 안정성을 중심으로 기술 연구가 본격화되고 있다. 물론 아직 초기 단계다 보니 양자 컴퓨터를 구축, 운영하는 비용이 비싸다. 극저온 환경에서 작동해야 하다보니 이를 위한 냉각 시스템과 제반 인프라가 필요해 상당한 투자를 필요로 한다. 그렇다보니 특히 국가적 차원에서 안보와 차세대 국가 경쟁력을 위해 미국과 중국, 인도 등을 중심으로 기술 혁신이 본격화되고 있다. 앞으로 양자 컴퓨터의 상용화가 이루어지면 보안 솔루션과 데이터 최적화 분야 그리고 초거대 AI 개발에서 획기적인 비즈니스의 기회가 생길 것으로 예상된다. 또한, 비즈니스 도메인으로는 신약 개발이나 의료, 제약과 같은 생물학적 시뮬레이션과 금융에서의 위험 분석과 포트폴리오 최적화 등에 사업 기회가 많아질 것이다. 이런 이유로 양자 컴퓨터 개발 관련한 여러 시도와 연구가 꾸준하게 이루어지고 있으며, 앞으로 그런 시도와 사례가 더욱 확대되어 갈 것이다. 현재 양자 컴퓨터 개발 관련한 상용화 단계로 유의미한 연구 개발을 IBM, 구글, Microsoft 위주로 하고 있으며, 폭스바겐과 JP모건, 나사, Merck에서는 교통과 금융, AI와 신약 개발 등에 실제 양자 컴퓨터를 활용 중에 있다.
물론 양자컴퓨터 기술로 인해 위협받을 수 있는 영역도 있다. 대표적으로 블록체인의 암호화 기술은 양자컴퓨터의 빠른 성능으로 인해 해킹에 취약해질 수 있다. 블록체인 기술은 암호화 기술을 기반으로 하며 특히 공개키 암호화 기술을 사용하는데, 공개키 암호화 기술은 두 개의 키(공개키와 개인키)를 사용하여 데이터를 암호화하고 복호화한다. 이러한 암호화 기술은 현재의 클래식 컴퓨터로는 복호화하기 어렵지만, 양자컴퓨터의 등장으로 복호화가 용이해질 수 있다. 즉, 양자컴퓨터는 쇼어의 알고리즘(Shor's algorithm)을 사용하여 공개키 암호화 기술의 보안을 해제할 수 있다. 쇼어의 알고리즘은 양자컴퓨터를 사용하여 소인수분해를 빠르게 수행할 수 있으며, 이로 인해 공개키 암호화 기술의 보안이 취약해질 수 있다. 그러나, 블록체인 기술은 양자컴퓨터의 위협에 대비하여 양자안전 암호화 기술(Quantum-Safe Cryptography)을 도입하고 있기도 하다. 양자안전 암호화 기술은 양자컴퓨터의 공격에 대비하여 보안을 강화하는 기술로 양자컴퓨터의 위협을 차단할 수 있다. 따라서 양자컴퓨터 기술이 보급되더라도 블록체인 기술은 양자안전 암호화 기술을 도입하여 보안을 유지하고, 위변조와 해킹을 차단할 수 있다.
▣ 작가의 전통기업의 DT 성과창출에 대한 Udemy 이러닝
https://www.udemy.com/course/dt_jihyunkim
※ 작가의 IT 트렌드를 어떻게 읽고 해석해야 하는지에 대해 기술한 에세이
http://www.yes24.com/Product/Goods/118677420
