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반갑습니다 여러분~ 여러분만큼 반가운 IT Insight 시간이 돌아왔~습니다! 솔루셔니가 이번에도 역시! 흥미롭고 유익한 주제를 들고왔는데요! 그 주제는, 2019년 떠오르는 기술 트렌드! '양자컴퓨터'입니다. 양자컴퓨터? 어디서 들어본 것 같지 않으신가요? 네네~~ 바로 지난번 <가트너가 발표한 2019년 10대 전략 기술 트렌드! > 포스팅에서도 소개된 적이 있죠'^'! 지난 포스팅에서는 2019년 전략 트렌드로서 간단한 정의에 대해서 알아보았다면, 이번 시간에는 양자컴퓨터가 무엇인지에 대한 상세한 설명뿐 아니라, 어떠한 능력을 지니고 있으며 실제로 어떤 곳에 쓰일 수 있을지에 대하여 알아보도록 하겠습니다!
상용화될 경우 현존 최고 성능의 슈퍼컴퓨터보다 무려 1억 배 빠른 성능을 구현할 수 있어 '꿈의 컴퓨터'로 불리는 양자 컴퓨터는, 물질의 양자적인 성질을 활용한 압도적인 연산 능력으로 주목을 받는 분야입니다. 기존 컴퓨터는 연산 단위로 `비트(bit)`를 사용하는데요. 0과 1 중 하나로 정보를 표현하고, 비트 한 개는 하나의 정보만 처리할 수 있게 되어 있지요. 이에 반해 양자컴퓨터의 연산 단위는 `큐비트(qubit)`인데요. 큐비트는 한 개당 0이나 1일 수도 있고 0과 1이란 두 가지 정보를 동시에 가질 수도 있습니다. 예를 들어 2비트는 00, 01, 10, 11 중 한 번에 한 가지 정보만 처리할 수 있지만 2큐비트는 00·01·10·11 4가지 정보가 동시에 존재하는 `양자 상태(중첩)`에서 처리할 수 있는 것이죠!
이 같은 양자컴퓨터의 특성은 양자 역학에서 발생하는 중첩 현상 때문입니다. 원자보다 작은 물질은 파동과 입자 두 가지 성질을 가질 수 있고 동시에 여러 곳에 존재할 수 있는데요. 이러한 중첩 현상 덕에 양자컴퓨터의 연산 속도는 병렬 처리 형태로 큐비트 개소당 2의 N 제곱으로 증가하게 됩니다. 2큐비트는 동시에 4가지 정보를, 4큐비트는 동시에 16가지 정보를, 8큐비트는 동시에 256가지 정보를 표시할 수 있는 것이죠. IBM이 최근 공개한 50큐비트 양자컴퓨터는 2의 50제곱인 1125조 8999억 가지 정보를 동시에 나타낼 수 있다고 합니다. 이는 보통 슈퍼컴퓨터 연산 단위로 쓰이는 `페타플롭스(petaflops)`가 초당 1000조 회의 부동 소수점 연산을 처리하는 걸 뜻한다고 하니.. 꿈의 컴퓨터답게 정말 압도적인 능력을 가지고 있군요!
그렇다면 왜? 수많은 과학자들은 기존의 컴퓨터와는 동떨어진 양자컴퓨터에 매달리는 것일까요? 그 이유는 양자컴퓨터가 비결정론적인 NP 문제를 해결할 때 큰 역할을 할 수 있기 때문이라고 하는데요. 여기서 NP 문제란 '비결정론적 튜링 기계'라는 장치로 합리적인 시간 내에 풀 수 있는 문제를 말합니다. 수학계의 밀레니엄 문제 중 하나인 P-NP 문제에 등장하는 NP 문제가 바로 이것이죠. 현재 사용하는 컴퓨터처럼 단일 경로만 계산할 수 있는 기계는 NP 문제를 해결하려면 문제의 복잡도가 증가할수록 지수함수적인 비례로 해결 시간이 증가하므로 효율적이지 않습니다. 'A라는 암호체계를 깨려면 몇 만 년이 걸린다~' 하는 이유도 이 때문입니다.
비결정론적 튜링 기계는 문제에 대한 여러 가지 답을 동시에 계산할 수 있는 장치입니다. 간단히 말하면 여러 가지 경우의 수 중 최적의 해결책을 골라내는 것이죠. 길 찾기 알고리즘이 좋은 예인데요. A에서 B까지 가는 합리적인 경로가 10가지라고 한다면, 비결정론적 튜링 기계는 목적지까지 가는 경로 10가지를 동시에 시뮬레이션하고 그중 가장 일찍 도착한 경로를 정답으로 내놓습니다. 이는 10개의 서로 다른 계산 장치가 각각 하나의 경로만을 계산하고 이들 중 가장 빨리 계산을 끝낸 장치가 결괏값을 보고하는 것과 같습니다.
따라서 비결정론적인 튜링 기계는 다양한 원인과 요소들을 고려해야 하면서도 공식처럼 적용되는 표준 해법이 존재하지 않는 복잡한 문제들을 빠르게 해결할 수 있습니다. 예로 든 최적 경로를 찾는 문제나 암호 해독, 시장 분석, 유체 등의 복잡계 분석, 자연어 분석과 같은 과제들이 바로 비결정론적인 튜링 기계가 해결 가능한 문제들입니다! 뿐만 아니라 양자컴퓨터는 인공지능, 화학, 제약, 기계학습(머신러닝), 금융, 물류·교통 등 다양한 분야에서 혁신을 이룰 것으로 기대된다고 하는데요. 디지털 컴퓨터로는 어려웠던 다양한 분자 구조를 분석해 신약이나 신소재 개발에 적용할 수 있습니다. 또한 인공지능은 양자컴퓨터로 얻은 월등한 연산 능력과 빠른 기계학습으로 목표 성능 수준에 쉽게 도달할 수 있습니다. 금융 포트폴리오 분석이나 복잡한 동선 관리가 필요한 물류 등에서 역시 최적 결과를 신속하고 정확하게 도출할 수 있습니다.
IBM은 양자컴퓨터 기술 개발에 가장 앞장서고 있는 기업입니다. IBM은 2016년 양자 프로세서에서 프로그래밍과 다양한 테스트를 진행할 수 있는 '퀀텀 익스피리언스'를 공개했고, 2017년 5월 클라우드, 상업용 프로토타입 17큐 비트 양자컴퓨터 프로세서를 공개했습니다. 2017년 12월 IBM은 12월 글로벌 기업 12곳과 협업해 양자컴퓨터 기술 개발에 나선다고 밝혔는데요. IBM의 양자 컴퓨터의 공동 연구에는 삼성전자와 자동차 제조업체 혼다와 다임러가 참가하고, 파트너로는 JP모건체이스와 바클레이스 은행, 일본의 JSR, 나가세산업, 히타치 금속 등이 참가한다고 합니다. 또 IBM은 양자컴퓨팅 개발 이니셔티브를 ‘IBM Q’라 이름 붙이고 공동 연구 대학들 내부에 기술 개발 허브를 설립할 계획을 밝혔으며, 50큐비트 양자컴퓨터 프로세서 개발을 목표로 하고 있다고 합니다.
인텔은 2017년 10월 양자 컴퓨팅을 위한 17큐비트 칩 공개를 시작으로 연이어 2018년 1월 9일 개최된 ‘CES 2018’에서 처리 용량이 세배에 가까운 49큐비트 칩(코드명: 탱글 레이크)을 공개했고, 이 칩을 연구개발 파트너사인 큐테크(QuTech)에 공급했다고 밝혔습니다. 브라이언 크르자니치 CEO는 49큐비트 칩은 궁극적인 병렬 프로세싱으로 전례 없이 빠른 데이터 처리 속도를 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있다는 것을 강조하였으며, 양자컴퓨터가 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터를 월등히 넘어서도록 할 것이라고 포부를 전했다고 합니다. 마이크로소프트 역시 양자컴퓨터에 최적화된 새로운 프로그래밍 언어 개발에 박차를 가하고 있다고 연례 컨퍼런스인 ‘이그나이트 2017’에서 밝혔는데요. 이 프로그래밍 언어는 Visual Studio와 연동을 통해 개발자들이 디버깅이나 기타 지원을 온프레미스나 클라우드 환경에서 구동할 수 있는 최첨단 시뮬레이터를 제공합니다. 마이크로소프트는 2017년 12월 양자컴퓨터 특화 언어인 ‘큐샵(Q#)’이 포함된 퀀텀 개발 키트를 베타로 공개했습니다. 글로벌 기업들이 앞다투어 양자컴퓨터 개발에 본격적으로 나서고 있는 만큼, 양자컴퓨터 개발에 속도가 붙을 전망인데요! 보스턴컨설팅그룹(BCG)이 발간한 보고서 `컴퓨팅에서 양자 도약이 온다`를 보면 양자컴퓨터 시장은 2035년까지 약 20억 달러 규모로 성장할 것으로 보이며, 이후 성장 속도가 더 빨라져 2050년에는 약 2600억 달러 시장으로 커질 것으로 전망된다고 합니다. 양자컴퓨터가 과연 꿈을 이루는 컴퓨터가 될지 귀추가 주목되고 있습니다!
이번 IT Insight 시간에는 양자컴퓨터에 대해서 알아보았는데요~ 어떠셨나요 여러분! 어렵고 복잡한 분야 이긴 하지만 앞으로 기존 산업을 변화시킬 잠재력이 있는 것은 확실한 것 같지 않나요~? 양자컴퓨터가 과연 꿈을 이루는 컴퓨터가 될지 함께 지켜보자고요~~ 자, 그럼 솔루셔니와는 다음 시간에 더욱 핫한 이야기로 다시 만나겠습니다~ 씨유♥
#양자컴퓨터 |
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