양자 컴퓨팅(quantum computing)이 세계에서 가장 강력한 기관들의 주목을 받고 있습니다. 구글(Google), 마이크로소프트(Microsoft), 아마존(Amazon), 아이비엠(IBM), 그리고 미국 정부(U.S. government)를 포함한 이들 기관이 실용적인 양자 컴퓨터를 개발하고 구축하기 위해 수억 달러를 투자하고 있습니다. 이 분야의 스타트업들은 2024년에 약 20억 달러의 투자를 유치했다고 맥킨지 앤 컴퍼니(McKinsey & Co.) 보고서가 밝혔습니다. 그러나 현재 이 기술은 실생활 적용이 제한적이며, 주로 화학과 물리학 시뮬레이션에 집중되어 있습니다.
인공지능만큼의 화제를 모으지는 못하지만, 양자 컴퓨팅은 나름의 전성기를 맞이하고 있습니다. 투자자들이 이 산업에 몰려들고 있으며, 10년 내에 거의 1,000억 달러의 수익을 창출할 수 있을 것으로 예상됩니다. 그러나 2024년 양자 컴퓨팅 기업들의 총 수익은 7억 5,000만 달러 미만에 그쳤습니다.
최근 1년 동안 큰 돌파구가 잇따라 발표되었습니다. 마이크로소프트는 첫 양자 칩인 마조라나 1(Majorana 1)을 공개했고, 구글 경영진은 이 기술이 5년 내에 실현될 수 있다고 밝혔습니다. 아마존은 오류 수정 양자 프로세서를 선보였으며, 아이비엠은 2029년까지 의미 있는 양자 컴퓨터를 구축할 계획을 발표했습니다. 이들 대기업 외에도 수많은 중소기업과 대학들이 기초 수학, 소프트웨어, 잠재적 비즈니스 모델을 연구하고 있습니다. 일부 기업은 상장되어 있으며, 뉴스 한 조각에 주가가 급등하거나 폭락할 수 있습니다.
1월에 엔비디아(Nvidia) CEO 젠슨 황(Jensen Huang)은 양자 컴퓨팅이 유용해지기까지 15년이 "이른 편"이라고 말해 관련 주식을 흔들었습니다. 그는 20년 정도가 더 현실적이라고 했으나, 2개월 후 발언을 번복했습니다. 황은 양자 컴퓨터 기업이 상장되어 있다는 사실에 놀라움을 표했습니다.
현재 양자 컴퓨터는 연구 목적으로만 사용되며, 실용적인 기능은 없습니다. 그러나 잠재력은 분명합니다. 이 기술이 작동하면 전통 컴퓨터에서 불가능하거나 우주가 끝날 때까지 걸릴 계산을 처리할 수 있습니다.
양자 컴퓨팅 작동 원리
전통 컴퓨터는 칩마다 수십억 개의 트랜지스터(transistors)를 사용합니다. 이 트랜지스터는 1 또는 0, 즉 온 또는 오프로 작동하며, 대량으로 숫자를 표현하고 메모리를 참조하며 산술 연산을 수행합니다. 이는 오늘날 모든 컴퓨터의 작동 방식입니다.
반면 양자 컴퓨터는 큐비트(qubits)를 사용합니다. 이는 1과 0보다 훨씬 복잡하며, 양자 역학(quantum mechanics)에 따라 온 또는 오프가 결정됩니다. 모든 큐비트는 얽힘(entangled) 상태로, 하나의 변화가 다른 큐비트의 확률에 영향을 미칩니다. 큐비트를 작동시키려면 상당한 인프라가 필요하며, 일부 양자 컴퓨터는 절대 영도(absolute zero)에 가까운 극저온에서 운영되어야 합니다.
응용 분야
현재 양자 컴퓨팅의 주요 응용은 화학과 물리학 시뮬레이션입니다. 마이크로소프트의 고급 양자 개발 부사장 크리스타 스보어(Krysta Svore)는 "양자 컴퓨터가 모든 응용에 최적의 선택은 아니며, 그것으로 충분합니다. 재료 과학과 화학에만 사용하더라도 세계 제조 상품의 96%에 영향을 미칠 수 있습니다"라고 말했습니다.
중요한 응용 중 하나는 암호화(encryption)입니다. 양자 컴퓨터는 숫자를 빠르게 인수분해할 수 있어 비밀번호나 금융 거래 같은 암호화된 데이터를 해독할 수 있습니다. 이는 국가 안보에 위협이 됩니다. 2022년 바이든 백악관 메모는 통신과 금융 시스템에 대한 잠재적 위협을 강조했습니다.
다른 잠재 응용으로는 약물 발견(drug discovery), 핵융합 에너지(fusion energy) 상용화, 인공지능 훈련 데이터 생성 등이 있습니다. 특히 많은 잠재 솔루션이 있는 문제에 유용합니다. 구글의 양자 알고리즘 동물원(quantum algorithm zoo)은 주요 알고리즘을 나열하며, 쇼어 알고리즘(Shor's algorithm)은 소인수분해를 더 빠르게 수행해 RSA 같은 암호화 방법을 위협합니다.
도전 과제와 국가 안보 우려
'Q-데이(Q-Day)'라 불리는 시점이 두려움의 대상입니다. 양자 컴퓨터가 암호화를 깨뜨리면 혼란이 발생할 수 있습니다. 특히 중국 같은 적대국이 미국 군사 및 은행 데이터를 해독할 수 있다는 우려가 큽니다. 마이크로소프트社長 브래드 스미스(Brad Smith)는 미국이 중국에 리드를 빼앗기면 안 된다고 강조했습니다. 국방부의 2021년 성명은 국가 안보에 치명적 영향을 미칠 수 있다고 밝혔습니다.
현재 큐비트의 오류율(error rates)이 높아 1,000회 중 1회 실패가 발생합니다. 그러나 마이크로소프트는 최근 오류 수정 방법으로 이를 1,000배 줄였습니다. 확장성도 문제로, 현재 큐비트 수는 마이크로소프트의 8개에서 구글의 윌로우(Willow) 105개까지입니다. 유용한 양자 컴퓨터에는 100만 개의 큐비트가 필요합니다.
포스트-양자 암호화(post-quantum encryption)로의 전환이 진행 중이며, 애플(Apple)은 아이메시지(iMessage)에 이를 통합했습니다.
(글의 출처는 CNBC이며,투자 관련 이야기는 리스크가 크기때문에 꼭, 개인의 판단이 동반되어야 합니다. 사진 AI midjourney & Grok - )
