양자컴퓨터는 얽힘(entanglement)이나 중첩(superposition) 같은 양자역학적인 현상을 이용하여 자료를 처리하는 컴퓨터다.[1]
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
- 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.[2]
- 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.
- 양자 컴퓨터를 구현하는 방식은 두가지가 있다. 아날로그 방식과 디지털 방식으로 분류되는데 아날로그 방식은 디웨이브, 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.
start-up
D-Wave
1999년 설립된 캐나다 기업으로, 양자 컴퓨팅을 표방한 최초의 기업이며 최초의 양자컴퓨터 상용화 기업이다. 2011년 5월에 최초로 128큐비트의 상용 양자컴퓨터 디웨이브(D-Wave 1)을 개발하고 양산하기 시작해 양자컴퓨터 상용화의 발판을 마련했다. 디웨이브 1 출시 당시 양자컴퓨터의 진정한 의미와 맞는가에 대한 논란이 있었으나, 구글과 나사(NASA]]의 실험결과 특정 문제에 대해 1억배 이상의 처리속도 향상을 확인하였다. 2013년 5월에 512큐비트의 디웨이브 2를 개발하였고, 2015년과 2017년에는 디웨이브 2X, 디웨이브 2000Q를 개발하였다.
활용사례
- 2010년말 128 큐비트의 디웨이브 1을 최초구매했다. USC의 Information Sciences Institute에 설치 후 시스템 잠재력 공동 연구했다. 2013년에 디웨이브2로 업그레이드하고, 신약 설계나 수백만 라인의 소프트웨어 코드 순간 디버깅등 다양한 문제를 해결할 수 있는 잠자력을 연구했다. 2015년엔 디웨이브 2X로 업그레이드 하여 비행 제어시스팀, 통신 및 작동 확인등 항공기 설계에 활용하였다.
- 구글,나사,URSA가 공동 설립한 양자 인공지능 연구소인 QuAlL은 2013년 디웨이브2를 구입했다. 구글연구팀은 음성인식에서 웹 검색등까지 모든 분야에서 정확한 모델을 구축하는데 양자 시스템이 어디까지 도움이 되는지를 연구했다. 나사에서는 양자 컴퓨팅 및 양자 알고리즘이 항공 교통제어나 자율주행, 로봇, 스케줄링 등의 분야에서의 최적화 작업을 위해 알고리즘을 향상시키기 위한 연구에 초점을 맞추었다. URSA에서는 컴퓨팅 시간 할당 등 운영 관리를 하였다.
활용
종류
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. 또한 Homeland Security Research는 세계 양자컴퓨터 시장이 2024년에는 100억 달러 규모를 넘어설 것으로 전망하며 양자 컴퓨터 기술이 빠른 속도로 성능이 향상되고 있어 2018년-2024년 동안 연평균 성장률이 24.6%에 이를 것으로 예상했다.
각주
첨부자료
같이 보기
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