미래기술/미래전망/첨단산업

Nikkei Business_2017.4.17 (p92~93)

폭스바겐과 Google,「양자 컴퓨터」로 선행
차세대 슈퍼 컴퓨터, 현재 컴퓨터보다 1억배 고속

▶ 양자컴퓨터로 무엇이 바뀌는가?
《기대되는 효과 사례》
1) 대도시의 교통 체증이 해소; 현재의 컴퓨터를 훨씬 뛰어넘는 계산 능력으로 도시를 주행하는 모든 택시의 총 이동 시간의 최단 주행 패턴을 찾아낼 수 있다.
2) 암모니아의 화학합성이 상온에서 가능; 「양자 시뮬레이션」으로 박테리아가 암모니아를 만들어내는 프로세스를 분자 레벨로 해명할 수 있게 된다.
3) 슈퍼 인공지능 탄생; 막대한 시간이 걸렸던「조합 최적화 문제」를 해독하게 되어「기계학습」및「딥 러닝」이 급속도로 진화한다.

지금까지와는 전혀 다른 차원의 고속계산을 실현하는「양자 컴퓨터」의 사업화가 추진된다. 2017년 3월에는 독일 폭스바겐이 중국∙북경의 교통체증 해소에 활용한다고 발표했다. 미국 구글 및 미국 IBM은「수 년 이내」에 고성능 양자 컴퓨터를 상용화한다고 선언했다.

독일의 하노바에서 2017년 3월 하순에 개최된「CeBIT 2017」. 일본의 아베 총리도 강연한 세계 최대급의 박람회에서 독일의 폭스바겐(VW)이 공개한 것은 콘셉트카(Concept car)가 아닌,「알고리즘」이었다. VW가 개발한 알고리즘은 중국∙북경을 달리는 1만대 택시의 총 주행거리를 최소화한 루트를 찾아내는 것이다. 북경의 교통체증을 완화시킬 가능성이 있다.

IT업계가 놀란 것은 VW가 이 알고리즘을 캐나다의 벤처기업인 D-Wave systems의「양자 컴퓨터」를 사용해 개발했다는 점이다. 양자 컴퓨터는 원자 및 소립자의 마이크로 세계에서 활동하는 물리법칙「양자역학」의 원리를 응용하여 연산하는 컴퓨터이다. 「0」과「1」의 두 가지 값이 동시에 존재하는「양자 비트」를 사용하여 계산한다. 「0」또는「1」중 하나의 값을 나타내는「비트」로 계산하는 기존의 컴퓨터에 비해, 대폭적으로 처리능력을 높일 수 있다고 한다.

-- 기존의 PC보다 1억배 고속 --
D-Wave는 2011년에 도쿄공업대학의 니시모리(西森) 교수와 카도와키(門脇) 씨가 고안한「양자 어닐링(Quantum annealing)」이론에 기반을 둔 양자 컴퓨터를 상용화했다. 가격은 1대당 10억엔 정도로 추정된다. 지금까지는 연구 목적으로만 판매되었던 양자 컴퓨터를 드디어 VW와 같이 일반적인 기업이 이용하는 시대가 온 것이다.

D-Wave의 양자 컴퓨터는 기존 타입의 컴퓨터가 난감해했던「조합 최적화 문제」의 계산을 초고속으로 풀어낼 수 있다. 택시의 경우, 순회하는 장소가 많아질수록 조합 지수관수적(指數關數的)으로 증가한다. 17곳을 1회씩 방문하여 최초의 장소에 돌아오는 루트의 후보는 10조(兆)를 넘는다. 이런 방대한 조합으로부터 단시간에 최적의 루트를 안내해 준다.

VW의 마틴 호프만 CIO(최고정보 책임자)는「양자 컴퓨터는 차세대 슈퍼 컴퓨터이며, IT및 디지털화에 관련된 모든 영역에서 상상을 초월하는 발전을 가져다 줄 것이다」라고 긍정적인 자세를 보였다.

VW는 그 성능은 언급하지 않았으나, 미국 구글 및 미항공우주국은 2015년 12월에 D-Wave의 양자 컴퓨터가 현행의 컴퓨터에 비해 1억배 고속으로 조합 최적화 문제를 해독했다고 발표하고 있다. 그러나, 1억배 정도로는 부족하다. 많은 이론가가 진짜 양자 컴퓨터라면 세계 최고의 슈퍼 컴퓨터가 수 백 년이 걸려도 해결하지 못하는 문제를 눈 깜짝할 사이에 풀 수 있는「양자의 초월성(Quantum Supremacy)」을 발휘할 수 있다고 주장하고 있었기 때문이다.

그 양자의 초월성이 실현되는 날도 얼마 남지 않았다. 2017년 3월 3일, 구글은 과학잡지「네이처」에서 자신들이「5년 이내」에 양자의 초월성을 실현하겠다고 선언했다. 3월 6일에는 미국 IBM도 현행 방식의 컴퓨터를 압도적으로 상회하는 성능의 양자 컴퓨터「IBM Q」를「수 년 이내」에 상용화한다고 발표했다.

양자 컴퓨터의 주류인「양자 게이트(Quantum gates)」방식에서는 수 천만~수 억개의 양자 비트를 탑재하는 것이 실용화의 기준이 되어 있었다. 따라서 2000년대에서는 상용화까지 수 십년이 걸릴 것이라는 것이 IT업걔의 통설이었다. 거기에서, D-Wave는 양자 게이트 방식과는 다른 양자 어닐링 방식을 채택. 연구자들의 상식을 뒤집고 세계 처음으로 상용화에 성공했다.

한편, 구글과 IBM은 양자 게이트 방식의 개발을 지속하고 있다. 또한,「최근에 와서 양자 비트가 50~100개라도 현행 방식의 컴퓨터에 비해 압도적으로 문제를 해결할 수 있는 방법을 찾아냈다」(도쿄공대 니시모리 교수)라고 한다. 「양자 시뮬레이션」 및 「인공지능」 등 특정 영역으로 한정시킨다면 양자의 초월성을 실현시킬 가능성이 보인다고 한다.

-- 암모니아 합성법에 혁명 --
양자 시뮬레이션이란 분자 및 양자 속에 발생하는 양자력학의 물리현상을 모델화 하여 시뮬에이션화 한 것이다. 현행 방식의 컴퓨터로는 상당히 난해한 영역이다. 구글에 따르면, 양지 비트를 100개 탑재한 양자 컴퓨터가 있다면「박테리아 체내의 수소가 암모니아를 합성하는 프로세스」를 분자 레벨에서 모델화하여 시뮬레이션 할 수 있다고 한다.

만약 박테리아가 상온에서 암모니아를 합성하는 프로세스를 해명하여 재현할 수 있다면 인류에게 방대한 이익을 가져다 줄 것이다. 왜냐하면 현재, 암모니아의 화학 합성을 위해 세계의 연료소비의 1~2%가 쓰여지고 있기 때문이다.

암모니아는 화학 비료 및 화약에 없어서는 안될 재료이다. 현재는「하버 보슈법」에 의해 공기 중에 포함된 질소와 수소로부터 암모니아를 화학 합성하고 있다. 하버 보슈법은 공기를 고온고압 상태로 만들 필요가 있기 때문에 막대한 연료를 소비하게 된다. 상온에서 화학합성이 가능하다면 그 연료비를 절약할 수 있다.

구글 및 IBM은 양자 시뮬레이션의 적용 사례로 항공기용 수지 및 자동차용 촉매 컨버터, 태양전지, 의약품 등의 개발을 들고 있다. 양자 컴퓨터는 화학업계의 대변화를 가져올 가능성이 크다. 고도의 인공지능의 실현에도 기대를 받고 있다. 양자 컴퓨터를 사용한 앞에서 설명한 조합 최적화 문제를 단시간에 해독한다면 인공지능에 없어서는 안 될「기계 학습」및「딥 러닝」을 고속화 시킬 수 있는 가능성이 있기 때문이다.

미국의 VC(벤처 캐피탈)은 양자 컴퓨터에 막대한 자금을 쏟아 붓기 시작했다. 양자 컴퓨터의 스타트 업 회사인 미국 리게티 컴퓨팅(Rigetti Computing)은 2017년 3월 28일에 실리콘밸리의 유력 VC인 미국 안드리센 호로비츠(Andreessen Horowitz)로부터 6,400만 달러(약 70억엔)의 자금을 조달했다고 발표했다.

2017년 6월에는 도쿄의 리쿠르트 홀딩스의 본사 오피스에서 세계 양자 컴퓨터 연구자가 한 곳에 모이는 학회「AQC 2017」이 개최된다. 이 학회의 고문 역할인 니시모리 교수는「중국 연구 그룹에 의한 연구발표가 다수 예정되어 있다」고 말한다.

반도체 성능이 2년마다 2배씩 증가한다는「무어의 법칙」의 종언(終焉)이 조심스럽게 입에 오르내리기 시작한 가운데, 양자 컴퓨터가 가장 유력해 질 날도 머지 않았다.

  -- 끝 --