[14] 양자 컴퓨팅이 뭔가요?
미래를 바꿀 기술
컴퓨터는 참 똑똑합니다. 하지만 사실, 지금 우리가 쓰는 컴퓨터는 ‘1’ 아니면 ‘0’ 단 두 가지 신호만 이해해요.
불이 켜졌으면 1, 꺼졌으면 0으로, 이 단순한 규칙이 쌓여서 우리가 보는 유튜브, 이미지 생성, 인공지능까지 만들어진 거죠.
그런데 이제 양자 컴퓨팅(Quantum Computing)이라는 새로운 세상이 열리고 있는데요. 이건 마치 “공중에서 빙글 도는 동전” 같은 개념이에요. 앞면(1)도, 뒷면(0)도 아닌, 그 중간 어딘가의 상태가 존재하는 거죠.
그러면 양자 컴퓨팅에서 중요한 개념 몇 개를 최대한 쉽게 알아보도록 하겠습니다.
1. 중첩(Superposition): 동전이 아직 떨어지지 않은 순간
보통 컴퓨터의 비트(bit)는 0 아니면 1입니다. 하지만 양자 비트(Qubit) 는 공중에서 돌고 있는 동전처럼 0과 1이 동시에 존재할 수 있어요.
이게 바로 중첩(Superposition) 이라는 개념이에요.
이게 왜 대단하냐면, 일반 컴퓨터가 “한 번에 한 가지 경우”만 계산할 수 있다면, 양자컴퓨터는 “여러 경우를 동시에” 계산할 수 있거든요.
즉, 수많은 가능성을 한 번에 탐색할 수 있는 두뇌가 되는 셈이죠. 그래서 복잡한 문제, 예를 들어 신약 개발, 교통 최적화, 암호 해독 같은 계산이 훨씬 빠르게 가능해질 거라고 기대돼요.
2. 얽힘(Entanglement): 떨어져 있어도 연결된 친구들
양자 세계의 또 다른 마법은 ‘얽힘(Entanglement)’ 입니다. 이건 두 입자가 멀리 떨어져 있어도 서로 연결된 상태로 존재하는 현상이에요.
비유하자면 이런 거예요.친구 두 명이 있는데, 서울과 부산에 떨어져 있어도 한쪽이 웃으면 다른 쪽도 동시에 웃는 거예요. 이런 얽힘 덕분에 양자컴퓨터는 여러 개의 큐비트가 하나의 팀처럼 협력하면서 연산을 수행할 수 있어요.
3. 간섭(Interference): 정답만 남기고 나머지는 지우기
그럼 이렇게 많은 경우를 동시에 계산하면, 정답은 어떻게 골라낼까요?
바로 간섭(Interference) 이라는 원리를 이용합니다. 양자 상태들이 서로 부딪히면서 틀린 답은 지워지고,
맞을 확률이 높은 답만 강화되는 거예요.
즉, 양자컴퓨터는 무작정 모든 답을 내는 게 아니라, 여러 양자 상태가 서로 합쳐지거나 상쇄되어 계산 결과를 증폭하거나 감쇠하면서 수학적으로 가장 가능성 높은 정답만 남기도록 계산 구조를 짜는 거죠.
4. 결 잃음(Decoherence): 양자의 마법이 사라지는 순간
하지만 여기엔 아주 큰 약점이 있습니다. 양자 상태는 아주 미세한 외부 자극에도 쉽게 무너져요.
온도, 진동, 전자기파 같은 환경 변화에 노출되면, 공중에서 돌던 동전이 ‘툭’ 떨어져 버리듯, 중첩 상태가 사라져버립니다. 이걸 결 잃음(Decoherence) 이라고 부릅니다.
즉, 양자가 ‘고전적인 상태’로 돌아가 버리는 거예요. 비유하자면, 양자컴퓨터는 아주 조용한 음악실에서만 연주할 수 있는 피아니스트 같아요. 누가 살짝 문만 열어도 소음 때문에 연주가 망가지는 거죠.
그래서 현재의 양자컴퓨터는 극저온(-273°C 근처) 환경에서, 진공 상태에 가깝게 보호된 공간 안에서만 겨우 안정적으로 작동할 수 있어요.
오늘은 ‘양자 컴퓨팅’이란 생소한 개념을 풀어봤어요.
기존 컴퓨터가 0과 1 중 하나만 계산하는 반면, 양자 컴퓨터는 0과 1이 동시에 존재할 수 있는 ‘중첩(Superposition)’, 그리고 떨어져 있어도 서로 연결되는 ‘얽힘(Entanglement), 올바른 해에 해당하는 확률은 강화하고, 잘못된 해는 약화시키는 방식으로 계산 효율을 극대화하는 ‘간섭(Interference)’ 으로 계산을 극대화합니다.
다음 글에서는 현실 세계의 사물을 가상에서 똑같이 복제해 시뮬레이션하는 기술, 디지털 트윈(Digital Twin)에 대해 알아보겠습니다!
읽어주셔서 감사합니다.
