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Start Up Innovation / Science
‘양자 컴퓨터’에 새로운 바람
양자 뉴럴 네트워크 개방 후 6개월, 조합 최적화에서 우위

NTT 등이 내각부의 연구개발 사업으로 시작(試作)한 새로운 고속 계산기인 ‘양자 뉴럴 네트워크’(QNN)를 인터넷에서 사용할 수 있게 개방한지 6개월이 흘렀다. 이용 요청 건수는 지금까지 360만건을 넘어섰으며 전세계에서 관심을 가지고 있는 전문가도 많다. 당초 “진정한 양자 컴퓨터가 아니다”라는 비판을 받아왔지만, 이를 추종하는 그룹도 나오기 시작했다.

내각부의 사업 ‘임팩트’에서 QNN의 프로그램 매니저(PM)을 맡고 있는 야마모토(山本) 씨(미국 스탠퍼드 대학 명예교수)는 “인터넷 상에서의 일반 공개는 전례가 없기 때문에, 요청 건수가 많은지 적은지는 판단이 서지 않는다”라며 이 요청 건수를 받아들였다. 다만, QNN이 어떤 계산 능력을 지니고 있는지를 체험해 보고 싶어하는 연구자가 세상에 많이 있다는 것만은 확실하다.

-- 해외에서도 요청 --
360만 건 중에 국내에서의 요청이 약 320만 건으로 가장 많았다. 그 다음이 미국의 16만 건이며 캐나다, 러시아, 중국에서도 각각 4만 건이었다. 이용자는 메일 주소만 등록하면 되며, 어느 기관의 누가 이용하고 있는지는 알 수 없으나, 메일 주소로부터 판단할 때, 약 1,200명이 QNN의 계산을 실제로 사용하고 있다고 볼 수 있겠다.

NTT 등이 2017년 11월, 인터넷을 경유한 QNN의 일반 공개를 시작한다고 발표했을 당시, ‘국산 양자 컴퓨터’라고 설명한 것이 파문을 확산시켰다. 그도 그럴 것이 이 분야의 많은 연구자들은 1980년대 중반에 개념이 만들어졌을 때부터 주류였던 ‘게이트 방식’을 양자 컴퓨터라고 이해하고 있다. QNN은 게이트 방식과는 다른, 전혀 별개의 구조이다. 계산의 근간이 되는 부분에 양자력학에 의거한 원리를 사용하고 있는지 여부에 관한 정보가 널리 알려지지 않아, “이것은 양자 컴퓨터가 아니다”라는 비판을 피해갈 수 없었다.

2018년부터 시작된 미국 관련 학회에서의 양자컴퓨터 용어의 의미 및 정의를 명확히 하려는 활동과도 타이밍이 맞물리게 되었다. 일방적으로 ‘양자 컴퓨터’라고 하지 않고 용어를 정리하여 명칭을 재검토하려는 내각부의 의향도 작용, 양자컴퓨터인지 아닌지 애매한 상태로 해당 프로젝트는 최종 연도를 맞이하고 있다.

야마모토 PM은 “QNN을 알리는 노력이 부족했다”라고 반성한다. 그러나 한편으로는 게이트 방식의 양자컴퓨터라도 해결할 수 없는 어려운 문제에 도전하는 새로운 고속계산기가 된다는 생각을 한층 더 강하게 하고 있다.

그것은 ‘조합 최적화 문제’의 계산이다. 복수의 도시를 효율적으로 순회하는 경로를 찾는 ‘순회 세일즈맨 문제’가 그 대표적인 예로, 도시의 수가 늘어날수록 계산량이 폭발적으로 증가한다.

게이트 방식의 양자컴퓨터는 기존의 슈퍼컴퓨터로도 백 년이나 천 년 단위의 시간이 걸리는 계산을 순식간에 해결할 수 있는 성능을 가지고 있다고 한다. 단위가 큰 수학의 인수분해 등이 그 예이다. 그 양자컴퓨터로도 조합 최적화 문제의 계산은 해결이 어렵지만, QNN이 그 계산에는 최적화되어 있다는 것이 명백해졌다.

-- 넓은 응용 분야 --
QNN의 성능을 해설할 때 야마모토 PM은 최근에 문제의 규모에 따라서 어떤 계산 방식이 어느 정도의 시간을 필요로 하는지를 수치로 나타낼 수 있게 되었다. 도시의 수에 해당하는 ‘노드 수’가 20일 경우, 양자컴퓨터는 1천분의 1초로 해답을 내는데 반해, QNN은 1만분의 1초로 해답을 낸다.

노드 수가 50이 되면, 양자컴퓨터는 600초로 답을 내는 시간이 길어지지만, QNN은 1만분의 3.7초로 고속성능을 갖추고 있다. 노드 수가 100이될 경우, 양자컴퓨터로는 약 700년이라는 기간이 필요하지만, QNN으로는 1천분의 2.5초밖에 안 걸린다.

야마모토 PM은 국내외의 많은 연구자들과 계속된 논의를 통해, 조합 최적화 문제에 대한 양자컴퓨터의 한계를 확실히 인식할 수 있게 되었다. 또한 현대 사회에서는 단백질 등의 작용을 예측을 예측하는 창약(瘡藥)의 연구, 주파수 및 전력을 시간 변화에 따라 최적화로 분배하는 계산, 금융업계의 리스크와 변액의 분석 등, 조합 최적화에 속하는 과제가 산적해 있다.

도쿄공업대학의 니시모리(西森) 교수 팀이 제창한 ‘양자 어닐링(Annealing)’이라는 수법도 캐나다의 D-웨이브 시스템즈가 2011년에 실용화해, 양자컴퓨터는 더 이상 게이트 방식의 일변도가 아니게 되었다. 기존의 고속 계산기로 양자 현상을 모방해 근사적인 해답을 찾아가려는 수법도 진화하고 있다.

야마모토 PM은 “다양한 수법이 서로 경쟁을 통해 그 분야를 발전시키는 것이 중요하다”라고 강조하고 있다.

 -- 끝 --