양자컴퓨터

양자컴퓨터는 얽힘(entanglement)이나 중첩(superposition) 같은 양자역학적인 현상을 이용하여 자료를 처리하는 컴퓨터다.

개요

양자컴퓨터(quantum computer)란 양자역학의 원리에 따라 작동하는 컴퓨터이다. 기존 컴퓨터가 0과 1의 조합인 비트(bit) 단위로 모든 연산을 수행하는 것과 달리, 양자컴퓨터는 0과 1이 중첩된 상태인 큐비트(qubit) 단위로 연산을 수행한다. 큐비트를 이용하면, 기존 컴퓨터로 약 1,000년이 걸려야 풀 수 있는 암호를 양자 컴퓨터로 4분만에 풀 수도 있다. 1965년 리차드 파인만(Richard Feynman)이 처음 제안한 개념이다.

1997년 미국 IBM이 2 큐비트 기반의 양자컴퓨터 개발에 성공했다. 2013년 캐나다에서 512 큐비트 기반의 양자컴퓨터인 디웨이브2(D-Wave 2)를 개발했다. 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터로는 연산하기 어려웠던 방대한 양의 데이터를 빠른 속도로 처리할 수 있는 능력이 있기 때문에, 인공지능(AI), 암호, 기후, 교통 등 다양한 분야에서 사용될 것으로 예상되고 있다.

특징

• 큐비트

비트 단위를 쓰는 기존 컴퓨터와는 다르게 양자컴퓨터는 큐비트단위를 쓴다. 기존 비트는 0과 1 두 숫자의 조합으로 모든 것을 표현한다. 이때문에 용량을 늘리는 데 한계가 있었다. 그에 반해 양자컴퓨터는 0,1의 두개의 상태를 동시에 가질 수 있다. 양자 정보의 기본 단위는 큐비트 또는 양자비트라고도 한다. 하나의 큐비트가 더해질 때마다 성능은 두배로 올라간다. 17큐비트는 6큐비트보다 2의 11승 즉, 2000배 이상 더 높은 성능을 가질 수 있다. 기존 슈퍼컴퓨터로 몇억년부터 수십년이 걸리는 소인수분해나 250자리 암호체계도 양자컴퓨터는 100초, 몇 분이면 풀린다. 또한 비트코인 같은 가상 화폐 채굴도 지금과 비교가 안될정도로 쉬워진다.

• 중첩

고전적인 컴퓨터는 하나의 입력값에 대해 하나의 결과만 내놓는다. 입력하는 값에 따라 출력값이 선형적으로 결정되는 결정론적인 체계이다. 이에 비해 양자적 수준 소립자를 이용하는 양자컴퓨터는 중첩을 이용한다. 중첩은 여러가지 상태가 동시에 하나의 입자에 나타나는 것을 말하며 양자의 불확정성과 연관된다. 중첩이란 단순히 가능성만을 이야기 하는 것이 아니다. 양자적 수준에서는 값이 관측되기 전까지 여러 상태가 확률적으로 중첩된 상태로 존재하다가, 관측하거나 조작을 하는 순간 어느 하나의 상태로 고정된다. 이러한 특징때문에 양자 컴퓨터는 적은 큐비트로도 많은 경우의 수를 표현 가능하며 큐비트 자체가 비결정론적이라 여러가지 결과값을 한 번에 내는게 가능하다. 또한 양자컴퓨터는 양자를 확률 파동함수로 표현했을 때 상반되는 상태가 상쇄되기 때무넹 오답을 빨리 제거 할 수 있다. 이런 장점은 양자컴퓨터의 작동원리가 기존 컴퓨터와 본질적으로 다르기때문에 나타난다. 이때문에 우리가 컴퓨터에 기대하는 빠름과 양자컴퓨터의 빠름과는 적용분야나 성격에 큰 차이가 나는 것이다.

• 디지털방식

양자 컴퓨터를 구현하는 방식은 두가지가 있다. 아날로그 방식과 디지털 방식으로 분류되는데 아날로그 방식은 D-웨이브, 디지털 방식은 IBM이 각각 대표하고 있다. 흔히 알고있는 양자 컴퓨터는 보통 원리적으로 기존 컴퓨터에 가까운 디지털 방식이다. 아날로그 방식보다 활용도가 훨씬 다양하기 때문에 업계에서는 범용 양자 컴퓨터 라고도 불린다. 구글의 양자 컴퓨터는 아날로그와 디지털을 통합해 하이브리드 방식을 체택중에 있다. 사용 소자에 따라 초전도 큐비트형, 스핀 큐비트형, 이온트랩형 등 다양한 방식으로 개발한다.

전망

시장조사기관 가트너에 따르면 글로벌 기업들이 양자컴퓨팅 프로젝트에 투자하는 예산이 2017년에 1%에 미치지 않았다. 그러나 2023년에 20%에 이를 것으로 예상하며 지난 2년동안 양자 컴퓨터에 대한 문의가 매년 3배이상씩 증가하고 잇다고 밝혔다. 상업적으로 사용가능하고, 가격적으로 수용가능하며 안정적인 품질의 양자 컴퓨터는 산업을 변화시킬 잠재력을 보유하고 있다고 평가 하였다.

같이 보기

• 컴퓨터
• 양자
• 양자역학
• 양자암호
• 양자얽힘
• 양자통신
• 큐비트
• 블록체인

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