미래기술/미래전망/첨단산업

Nikkei Computer_2021.6.24 (p113)

나카다 아쓰시(中田敦)의 GAFA 깊이 읽기
실용화가 앞당겨지는 양자컴퓨터
'금융 분야는 5년 후'라는 예측도

실용적인 성능을 발휘할 수 있는 ‘오류 정정이 가능한 양자컴퓨터’를 2029년까지 개발한다는 목표를 구글이 공식 발표했다. 하지만 양자컴퓨터의 실용 시기에 대해 더 빨라질 것이라는 견해도 나오고 있다. 미국의 골드만삭스는 그 시기를 5~10년 이내로 발표, 미국의 아마존웹서비스(AWS)도 심상치 않은 움직임을 보이고 있다.

구글의 피차이 CEO는 올해 5월 중순에 개최된 연차보고회 ‘Google I/O’에서 100만 양자 비트 탑재한 오류 정정이 가능한 양자컴퓨터를 2029년까지 개발한다는 로드맵을 밝혔다.

양자컴퓨터가 기존형 컴퓨터로는 불가능한 실용적인 성능을 발휘하려면 수 백~수 천 개의 양자비트가 필요하다. 게다가 양자비트의 정보는 상당히 손상되기 쉽기 때문에 다른 양자비트에 의해 정보가 사라지지 않도록 보완해야 한다. 이것이 바로 양자비트의 오류 정정 기술이다. 정보가 사라지지 않는 ‘논리 양자비트’ 1개를 만들어내기 위해서는, 1,000개의 ‘물리 양자비트’가 필요하다고 한다. 100만 개의 물리 양자비트가 있으면 논리 양자비트 1,000개를 만들 수 있게 되는 것이다.

현재의 양자컴퓨터는 'NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum Computer, 노이즈가 있는 중간 규모의 양자컴퓨터)'라 불리며, 물리 양자비트 수가 수십 개로 적어 양자비트의 오류를 정정할 수 없기 때문에 실용적인 성능을 발휘하지 못하고 있다.

-- AWS, 양자 오류 정정의 새로운 방법 개발 --
양자컴퓨터의 실용화 시기가 더 빨라질 것이라는 견해에는 두 가지가 있다. 하나는 5~10년 안에 등장하는 NISQ 하드웨어라도 기존형 컴퓨터보다 큰 폭의 성능 향상을 기대할 수 있다는 견해. 또 다른 하나는 더 이른 단계에서 양자 오류 정정이 실현될 수 있다는 견해이다. 전자는 골드만삭스가, 후자에 대해서는 AWS가 주목할 만한 발표를 하고 있다.

골드만삭스는 지난 4월 29일(미국 시간), 미국 스타트업 기업 QC웨어(QC Ware)와 공동으로 금융 분야에서 양자컴퓨터의 실용 시기가 5~10년 안에 도래한다는 연구 성과를 발표했다. 골드만삭스와 QC웨어는 5~10년 안에 등장하는 NISQ 양자컴퓨터를 사용해 금융파생상품 리스크 분석 등에 필요한 몬테카를로(Monte Carlo) 시뮬레이션을 실행하는 새로운 알고리즘을 개발했다. 시뮬레이션의 고속화는 기존형 컴퓨터에 비해 시뮬레이션을 100배 정도이지만, 오류 정정이 불가능한 NISQ로도 실행이 가능하다고 한다.

AWS는 2020년 12월에 양자 오류 수정의 새로운 기법을 논문에서 발표한 바 있다. ‘슈뢰딩거의 고양이 양자비트’라고 부르는 기술을 이용하는 것으로, 기존에 생각되고 있는 것보다 적은 수의 물리 양자비트로 오류 정정을 실현하는 방법을 고안했다고 한다. 구글 등은 오류 정정을 통해 정보가 사라지지 않는 논리 양자비트를 1개 만들어 내기 위해서는 1,000개의 물리 양자비트가 필요하다고 말하고 있다. AWS가 제안한 기법은 2,000개의 물리 양자비트로 100개의 논리 양자비트를 만들어 낼 수 있다고 한다.

AWS도 구글과 동일하게 초전도 방식의 양자비트를 상정하고 있다. 초전도 방식의 양자비트는 희석 냉동기로 절대 영도에 가까운 극저온으로 냉각시켜야 할 필요가 있다. 구글은 100만개의 물리 양자비트를 격납할 수 있는 방 크기의 거대 희석 냉동기를 개발할 방침을 밝혔다. 그에 반해 AWS는 2,000개의 물리 양자비트의 경우, 현재 크기의 희석 냉동기에도 격납이 가능하다고 주장한다.

AWS는 오류 수정 방식을 제안했을 뿐, 아직 실제 기기를 제시한 것은 아니다. 골드만삭스가 개발한 알고리즘을 실행할 수 있는 NISQ도 아직 등장하지 않았다. 양자컴퓨터의 실용화에 대해 아직까지는 기대만 있을 뿐이지만, 그 열기는 높아지고 있다.

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