일본산업뉴스요약

‘초 슈퍼컴퓨터’, 인류의 손 안에
슈퍼컴퓨터가 1만년 걸리는 계산, 3분 만에 해결

▶양자컴퓨터: 물질을 구성하는 원자와 전자 등 극미의 세계에서 성립하는 물리법칙 ‘양자역학’을 응용한 컴퓨터. 기존의 컴퓨터는 ‘0’과 ‘1’ 비트 단위로 정보를 표시해 계산, 0과 1의 배열 방법에 따라 방대한 양의 계산이 필요하다. 이에 반해 양자컴퓨터는 0일뿐만 아니라 1이기도 한 ‘중첩’이라는 특수한 상태를 이용해 계산한다. 이 원리를 응용한다면 기존에는 어려웠던 계산이 단시간에 해결될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

-- 구글, 양자컴퓨터의 성능 실증에 성공한 것으로 보여 --
AI 등에 이은 혁신적 기술로서 기대를 모으고 있는 양자컴퓨터가 ‘슈퍼컴퓨터를 뛰어넘는 날’이 가까워지고 있다. 미국 구글은 이론 상의 개념이었던 성능을 실증, 최첨단 슈퍼컴퓨터로 1만년 걸리는 문제를 순식간에 해결하는 실험에 성공한 것으로 보인다. 마국 IBM 등도 연구에 주력하고 있다. 양자컴퓨터 기술의 급속한 진전은 언젠가 인류에게 지금까지와는 다른 차원의 계산 능력을 제공할 것이다. AI의 활용 및 금융시장의 리스크 예측 등에서 사회에 디스럽션(창조적 파괴)를 일으킬 가능성을 가지고 있다.
 

구글이 ‘양자 초월’을 달성한 것으로 보인다---. 영국의 파이낸셜타임즈는 9월, 이렇게 보고했다. 일본경제신문이 입수한 자료에 따르면, 최첨단 슈퍼컴퓨터로 약 1만년 걸리는 계산 문제를 구글의 양자컴퓨터가 3분 20초 만에 풀어냈다고 한다.

양자 초월은 기존의 컴퓨터로는 하기 힘든 계산 문제를 양자컴퓨터가 풀어내는 성능을 의미한다. 이론 상 슈퍼컴퓨터를 앞선다는 계산 성능을 구글이 세계 최초로 실증하는데 성공한 것으로 보인다. 구글은 이에 대해 ‘코멘트 할 수 없다’라고 밝히고 있지만, 이것이 사실이라면 “이론 상에서만 성립되던 레벨로, 역사에 남을 만한 성과다”(과학기술진흥기구의 시마다 펠로우). 곧 정식으로 발표될 것으로 보인다.

양자컴퓨터는 ‘양자역학’이라는 물리법칙에 따라 움직인다. 기존의 컴퓨터는 ‘0’ 또는 ’1’로 표시하지만, 양자역학의 세계는 ‘0인 동시에 1’이라는 특수한 상태가 성립한다.

이러한 시스템을 이용한 ‘양자비트’라고 불리는 계산 단위를 이용함으로써 방대한 정보도 한번에 정리해 처리. 계산 회수가 큰 폭으로 줄어들어 시간이 극적으로 짧아진다. 구글은 이번 실증에서 53개의 양자비트(Q-bit)를 실현, 랜덤을 만드는 계산에서 슈퍼컴퓨터를 뛰어넘는 성능에 성공한 것으로 보인다.

구글 등이 양자컴퓨터 연구에 착수한 것은 반도체의 미세가공을 통한 기존 컴퓨터의 성능 향상에 한계가 보이기 시작했기 때문이다. 또한 AI 등의 등장으로 방대한 데이터를 취급하는 컴퓨터가 요구되고 있다.

현재는 50~100큐비트에 도달, 연구개발은 ‘NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum)’라고 하는 중간 규모의 양자컴퓨터로 이동하고 있다. 아직 폭 넓은 계산에 이용되고 있지는 않지만, 경제와 산업, 사회를 바꿀 수 있을 것이라는 기대감이 커지고 있다.

-- 교통체증 해소에 큰 역할 --
계산 능력 부족으로 인해 해결되지 못하는 난제는 많다. 예를 들어 도시지역의 교통체증 해소. 현재는 무수의 차량들이 제각각 목적지를 향해 주행하기 때문에 교통체증이 발생한다. 한대씩 주행하는 도로를 단시간에 계산하는 것은 어렵다. 양자컴퓨터를 이용해 각각의 차량에 ‘교통체증을 만들지 않는 최적의 루트’를 제시할 수 있다면 문제 해결에 도움이 될 것이다.

양자컴퓨터는 AI를 이용한 화상 및 언어 등도 성(省)에너지로 단시간에 처리할 수 있다. 계산력을 활용해 개인의 체질에 맞게 약을 만드는 등의 새로운 의료의 탄생도 지원할 수 있다.

이와 같은 양자컴퓨터의 ‘용도’ 개척에 주력하고 있는 곳이 IBM이다. 2016년, 양자컴퓨터를 외부 이용자에게 클라우드를 통해 공개했다. 전세계 15만명 이상의 등록 이용자들과 독일의 다임러와 미국의 JP모간체이스 등 80개 가까운 기업 등과 연구를 추진하고 있다.

일본에서는 게이오기주쿠(慶応義塾)대학에 연대 거점을 보유, 은행과 화학업체들이 참가하고 있다. 획기적인 신약 및 소재 개발, 금융시장 리스크 예측 등의 연구가 추진되고 있다.

-- 암호가 해독될 우려도 --
하지만 양자컴퓨터가 제공하는 것은 ‘빛’만은 아니다. 혁신적인 기술은 때로는 위협이 되기도 한다. 우려되고 있는 것은 인터넷 사회를 근본부터 흔들 수 있는 리스크이다.

현재는 통신을 할 때 패스워드 등의 정보를 암호화하고 있다. 최신 슈퍼컴퓨터로도 해독에 시간이 걸린다는 점에서 안전하다고 판단된다. 하지만 양자컴퓨터의 경우 이 암호를 순식간에 해독할 가능성이 있어 새로운 암호기술에 대한 검토도 추진되고 있다.

IBM의 메인프레임 발매는 1964년. 기존 컴퓨터도 그전에 20년 정도의 여명기가 있었다. 일본IBM의 모리모토(森本) 집행위원은 “현재 양자컴퓨터도 그러한 단계이다”라고 지적한다.

컴퓨터 역사 속에 약 70년 만에 일어나기 시작한 혁신의 움직임. 본격적인 양자컴퓨터의 실용화에는 과제도 많지만, 미국의 인텔이나 중국의 알리바바그룹 등도 개발에 참여하고 있어 앞으로 브레이크스루가 일어날 것으로 보인다.

-- 여러 방식의 연구개발 추진 --
기본적인 개념은 1980년대에 등장. 양자컴퓨터는 금속을 극저온까지 냉각시키는 ‘초전도’라고 하는 현상 등을 이용해 제작하기 때문에 고도의 기술이 필요하다. 최근 구글 등 IT기업들이 참여하는 등 개발 경쟁이 활발해 짐에 따라 성능이 급속도로 향상되고 있다.

양자컴퓨터에는 복수의 타입이 있다. 구글과 IBM은 범용성이 높은 ‘양자게이트 방식’이라고 하는 종류의 개발을 추진하고 있다. 상용화에서는 캐나다의 벤처기업이 개발하는 ‘양자어닐링(Quantum Annealing)방식’이 선행하고 있다. 두 방식 모두 특징과 과제를 가지고 있어 전세계 기업들과 대학 등이 구체적인 활용법에 대한 연구를 추진하고 있다.

 -- 끝 --