[조선일보] 수퍼컴보다 30조배 빠른, 세상을 뒤흔들 양자컴이 온다 (2025.01.11.)

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수퍼컴보다 30조배 빠른, 세상을 뒤흔들 양자컴이 온다

그래픽=김하영 (출처: 조선일보)

기존(고전) 컴퓨터가 10셉틸리언(1셉틸리언=10의 24제곱)년 걸려 풀어낼 계산을 구글의 양자 컴퓨터인 ‘윌로’가 단 5분 만에 풀어냈다는 소식에 복잡한 암호 체계마저 술술 풀릴 것이란 걱정이 커졌다. 

 

특히 전자는 존재하는 것은 확실하지만 어디에 있는지 정확하게 파악할 수 없는데, 이런 불가사의한 전자가 어떻게 돌아다니고 있는지를 개념적으로 설명하는 것이 양자역학(力學·움직임에 관한 학문)이다.

 

‘양자 컴퓨터’라고 하면 ‘양자’라는 특수한 물질이 있어서 그걸 쓴다고 여기는 경우가 많은데 이는 아니다. 앞서 말한 양자역학의 ‘중첩’이란 원리, 즉 양자역학 개념을 차용해서 만드는 컴퓨터를 양자 컴퓨터라고 한다.

 

양자역학에서 ‘중첩’이란 입자가 동시에 여러 상태에 있을 수 있다는 논리다. 빙글빙글 돌아가는 동전에 많이 비유한다. 동전이 도는 동안 우리는 동전의 앞면이 위로 향할지 아래로 향할지 알 수 없다. 바닥에 떨어지거나 손 위에 탁 잡히는 순간 동전의 앞면이나 뒷면이 드러난다. 즉, 동전이 돌아가고 있을 땐 앞면인지 뒷면인지를 확률 정도로만 알 수 있을 뿐 실제로는 어느 면인지도 알 수 없고 그야말로 앞면이기도 뒷면이기도 한 이중적 상태다. 양자는 이런 여러 상태가 ‘중첩’된 성향을 지닌다.

 

양자 컴퓨터에선 정보의 최소 단위를 ‘큐(Q)비트’라 한다. 여기에 중첩 개념이 쓰인다. 큐비트는 계속 돌아가는 동전처럼, 앞면(예를 들면 ‘0′)과 뒷면(’1′) 사이 가능성이 동시에 존재한다. 동시다발로 데이터를 처리할 수 있고, 그만큼 속도가 빨라진다는 뜻이다. ‘큐비트’가 늘어나면 확률적으로 동시에 존재할 수 있는 상태가 늘어난다.

 

양자 컴퓨터는 특히 잘하는 계산이 있다. 소인수분해가 대표적이다. 고전 컴퓨터는 특정한 숫자를 소인수분해하기 위해 일일이 어떤 소수(素數·1과 그 수 자신 이외의 자연수로는 나눌 수 없는 자연수)로 나눠질지를 다 넣어 따지는 방식을 쓴다. 그러나 분신술처럼 동시에 여러 연산을 해내는 양자 컴퓨터는 중첩적 특성으로 이런 계산 횟수를 획기적으로 줄인다.

 

양자 컴퓨터는 ‘꿈의 기술’로 통하지만 오류율이 높다는 게 단점이다. 큐비트는 초미세 환경에서 작동하니까 환경 요인에 민감하고 오차가 많이 난다. 고전 컴퓨터와 아예 다른 논리 구조로 작동하다 보니 새로운 프로그래밍 접근 방식을 써야 해 다루기가 어렵다는 단점도 있다.

 

초전도체 방식이나 이온 트랩 방식이 가장 많이 알려져 있다. IBM, 구글 등은 양자가 안정적으로 유지되도록 극저온(영하 273도)에서 작동하는 초전도체 방식을 쓰고, 듀크대 김정상 교수가 공동 창업한 아이온큐(IonQ)는 이온 트랩 방식을 쓴다. 이온 트랩은 전기장을 이용해 이온을 가둬 큐비트로 사용하는 기술이다.