보정·정정에 특화… AI 취약점 개선최대 2.5배 빠르고 3배 더 정확해져양자컴퓨터 상용화 당길 핵심 기술금융·국방 등 전방위 난제 해결 속도 엔비디아가 세계 최초로 오픈소스 ‘양자 인공지능’(AI) 모델 제품군 ‘엔비디아 아이징(Ising)’을 공개하면서 양자컴퓨터 기술이 한층 도약할 것이라는 전망이 나온다. AI 기술이 양자컴퓨터 상용화를 앞당길 것이라는 기대감에 주식시장에서도 관련 종목들이 급등세를 보였다. 젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)는 16일 “AI는 양자 컴퓨팅 실용화에 필수적”이라며 “아이징 모델을 통해 AI는 불안정한 큐비트를 확장 가능하고 신뢰할 수 있는 양자-그래픽처리장치(GPU) 시스템으로 전환할 수 있다”고 밝혔다. 양자컴퓨터는 그동안 높은 오류율과 낮은 안정성으로 상용화에 어려움을 겪었다. 이는 양자컴퓨터의 기본 처리 단위인 큐비트의 ‘중첩’과 ‘얽힘’ 특성에서 비롯된다. 기존 고전컴퓨터의 처리 단위가 ‘0’ 또는 ‘1’로 고정된 반면, 양자컴퓨터의 큐비트는 ‘0’과 ‘1’이 중첩된 상태다. 0이 동전의 앞면, 1은 뒷면이라면 동전이 빙글빙글 돌고 있는 상황이다. 아이징 모델은 이처럼 불안정한 큐비트를 실시간으로 감시하고 보정·정정하는 데 초점을 맞췄다. 이를 통해 큐비트 수가 늘어나도 대규모 연산을 안정적으로 수행할 수 있게 했다. 오류 정정 성능을 높였다는 것도 아이징 모델의 특징이다. 실시간으로 양자 오류를 정정하는 데 있어 현재 쓰이는 표준 모델보다 속도는 2.5배 빠르고, 정확도는 3배 수준으로 개선됐다. 차진웅 한국표준과학연구원 선임연구원은 “기존에는 오류 발생 원인을 특정하기 어려웠다”면서 “양자컴퓨터를 바둑판 구조에 비유하면, AI를 활용해 오류가 발생한 지점을 보다 정밀하게 짚어낼 수 있게 된 것”이라고 설명했다. 엔비디아는 이번 기술을 계기로 연구기관과 기업들이 실제 응용이 가능한 양자 프로세서 개발에 속도를 낼 것으로 기대하고 있다. 엔비디아 관계자는 “복잡한 물리 시스템을 획기적으로 단순화한 대표적인 수학 모델에서 ‘아이징’이라는 명칭을 가져왔다”며 “양자 프로세서 보정과 양자 오류 정정이라는 두 가지 핵심 과제를 해결하기 위해 설계됐다”고 덧붙였다. 주요 빅테크 기업들도 양자컴퓨팅 개발에 집중하고 있다. 구글은 2024년 세계 최초로 큐비트가 많아질수록 오류율이 감소하는 오류 정정 양자 컴퓨터 칩인 ‘윌로우’를 공개한 바 있다. 양자컴퓨팅은 기존 컴퓨터로는 수백 년이 걸리는 난제를 단시간에 풀 수 있는 차세대 기술이다. 금융, 국방, 에너지·화학 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 크다. 양자컴퓨터 기술이 발전하면 주요 암호화폐를 보호하는 암호화 체계를 불과 9분 만에 해독할 수 있다는 분석도 나온다. 하나금융연구소에 따르면 글로벌 양자컴퓨터 시장은 2026년 11조 3000억원에서 2035년 46조 1000억원 규모로 성장할 전망이다. 이날 한국거래소에서 엑스게이트가 상한가를 기록하는 등 양자기술과 관련한 주식들이 급등했다.

미국의 한 연구소에서 과학자들이 차세대 컴퓨팅 기술로 불리는 양자컴퓨터 개발 경쟁에 속도를 내고 있다. 연구진은 이 기술로 암 치료 시점을 앞당길 수 있다고 기대하지만, 동시에 전 세계 금융·군사 보안 체계를 흔들 수 있다는 경고도 나온다. 8일(현지시간) 워싱턴포스트(WP)에 따르면 메릴랜드주 칼리지파크의 양자컴퓨팅 기업 아이온큐(IonQ) 연구진은 기존 슈퍼컴퓨터를 능가하는 양자 프로세서를 개발하려고 경쟁하고 있다. 그들은 이 기술이 신약 개발 속도를 크게 높여 암 치료 시기를 앞당길 수 있다고 보고 있다. ◆ 신약 개발 속도 끌어올리는 계산 능력 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터와 작동 방식부터 다르다. 현재의 컴퓨터는 한 번에 하나의 값만 처리하는 ‘비트’(bit)를 사용하지만, 양자컴퓨터는 0과 1을 동시에 표현하는 ‘중첩 상태’를 만들 수 있는 ‘큐비트(qubit)’를 사용한다. 큐비트가 늘어날수록 연산 능력은 선형이 아니라 기하급수적으로 증가한다. 큐비트 1개는 두 가지 상태를 표현하지만, 10개만 되어도 1024가지 조합을 동시에 계산한다. 이 때문에 양자컴퓨터는 복잡한 화학 반응이나 분자 구조를 시뮬레이션하는 데 강점을 보인다. 과학자들은 이 능력을 활용해 신약 후보 물질과 암세포 간 반응을 가상 실험으로 먼저 계산하려 한다. 연구진은 임상시험 이전 단계에서 성공 가능성이 높은 후보만 골라 개발 기간과 비용을 크게 줄이겠다는 구상이다. 아이온큐 측은 양자컴퓨터가 완성되면 기업들이 물류 경로를 최적화하고 자동차 설계 비용도 줄일 수 있다고 전망했다. ◆ “몇 분 만에 비밀번호 뚫을 수도” 하지만 이 기술은 큰 위험도 함께 가져온다. 강력한 양자컴퓨터가 등장하면 현재의 암호 체계가 무너질 가능성이 있기 때문이다. 현대의 암호 기술은 방대한 경우의 수를 하나씩 대입해야 한다. 그래서 기존 컴퓨터는 해독에 수년에서 수십 년을 쏟아야 한다. 그러나 양자컴퓨터는 수많은 경우를 동시에 계산해 몇 분 만에 암호를 풀 수도 있다. 이 경우 해커나 적대 세력은 은행 계좌, 정부 데이터베이스, 의료 기록 등 디지털 정보 대부분에 접근할 수 있다. 군사 분야에서도 암호 체계가 무너지면 기존 무기보다 더 큰 위협이 될 수 있다는 분석이 나온다. 아이온큐 경영진은 이런 위험을 줄이기 위해 양자 인터넷과 ‘해독 불가능한’ 양자 암호 기술 개발에도 투자하고 있다고 밝혔다. ◆ “AI처럼 갑자기 등장할 수도” 전문가들은 실용적인 양자컴퓨터가 등장하기까지 최소 10년은 걸릴 것으로 본다. 양자컴퓨터가 산업적으로 의미를 가지려면 기존 컴퓨터 성능을 실제로 넘어야 하기 때문이다. 하지만 업계 일각에서는 상용화 시점이 더 빨라질 수 있다고 본다. 인공지능(AI)이 몇 년 전까지만 해도 회의적인 시선을 받았지만, 챗GPT 등장 이후 일상 기술로 자리 잡은 것과 비슷한 흐름이 나타날 수 있다는 분석이다. 아이온큐 측은 “어느 날 갑자기 양자컴퓨터로 암을 치료했다는 소식을 듣게 될 수도 있다”며 “그 시점이 생각보다 가까울 수 있다”고 밝혔다.

한국인공지능협회·전남대 공과대 ‘AISP-CAIO’양자 중첩·관측 붕괴로 여는‘퀀텀 시대’의 서막통신·센싱·컴퓨팅혁명으로 기술주권 확보 시급20세기 초, 세상을 지배하던 고전 물리학은 “모든 현상은 예측 가능하다”는 확신 위에 서 있었다. 뉴턴의 운동 법칙과 맥스웰의 전자기학은 완벽한 결정론의 체계였다. 그러나 인간이 원자의 세계로 들어서자 이 질서가 균열을 일으켰다. 미시세계에서는 기존 법칙이 통하지 않았다. 확률과 불확실성이 세상을 지배하기 시작했다. 이 새로운 세계의 문을 연 것이 바로 ‘양자역학(Quantum Mechanics)’이다. 22일 전남대학교 공과대학과 (사)한국인공지능협회가 공동 주최한 ‘AISPCAIO 초청 특강’에서 KAIST 김갑진 물리학과 교수가 ‘퀀텀의 시대, 양자기술 이해하기’를 주제로 펼치며, 고전 물리가 구축한 결정론적 벽을 허문 양자 과학의 본질을 풀어냈다. ▒ 입자이자 파동인 세계…“1과 2 사이가 사라진다”김 교수는 “양자역학의 핵심은 모든 물질이 입자이면서 동시에 파동이라는 이중성에 있다”며 “고전 물리의 연속적 세계관이 해체되고, ‘1 다음은 2이며 그 사이엔 아무것도 없다’는 불연속적 세계가 열린다”고 설명했다. 양자 세계에서 말하는 ‘파동’은 바람이나 물결 같은 물리적 파동이 아니다. 그것은 입자가 존재할 확률의 파동이다. 이 확률파가 겹쳐지는 현상이 ‘중첩(Superposition)’이며, 이를 구현하는 정보 단위가 큐비트(Quantum bit)다. 큐비트는 0과 1을 동시에 가질 수 있어, 기존 이진 논리를 초월한다. 그러나 이 중첩 상태는 관측하는 순간 무너진다. 김 교수는 “양자역학의 가장 신비로운 성질이 ‘관측시 붕괴’”라며 “관측 이전엔 두 상태가 공존하지만, 관측하는 순간 단 하나로 수렴된다”고 말했다. 이를 실험적으로 구현하려면 입자의 크기를 원자 수준으로 줄이고, 온도를 절대 영도(–273℃) 부근으로 낮추며, 파동의 위상을 정밀히 일치시켜야 한다. ▒ 불확실성을 동력으로 바꾼 기술혁명양자역학의 불확실성과 중첩 원리는 새로운 동력이 되었다. 김 교수는 이를 통신·센싱·컴퓨팅의 세 축으로 설명했다. 먼저 양자 통신은 ‘관측 즉시 상태 붕괴’ 성질을 이용해 도청 불가능한 완전보안 통신을 가능케 한다. 누군가 정보를 엿보려는 순간 신호가 스스로 변형되어 무력화되기 때문이다. 양자 센싱은 원자를 파동으로 간주해 민감도를 극한으로 끌어올린다. 특히 ‘양자 내비게이션(Quantum Navigation)’은 GPS 없이도 원자 간섭계를 활용해 정밀한 위치를 파악하고, 심지어 지하 암반 구조나 수중 환경까지 탐지할 수 있다. 가장 혁신적인 분야는 단연 양자 컴퓨팅이다. 큐비트의 중첩 상태 덕분에 고전 컴퓨터가 순차적으로 수행하는 계산을 병렬적으로 처리할 수 있다. 김 교수는 “양자 컴퓨터는 인류의 지속 가능한 발전을 이끌 결정적 전기(轉機)”라며 세 가지 응용을 제시했다. 첫째, 쇼어(Shor) 알고리즘을 활용해 현재 모든 공개키 암호의 근간이 되는 대수적 문제를 단시간에 풀 수 있다. “현존 암호 체계를 무력화하려면 약 천만 개의 논리 큐비트가 필요하다”고 그는 전망했다. 둘째, 카페인 분자(20여 개 원자)의 화학 반응 시뮬레이션처럼 고전적 연산으로는 불가능한 계산을 수행해 신약 및 신소재 개발에 혁신을 일으킨다. 셋째, 출장지 20곳을 도는 최적 경로 계산처럼 복잡한 최적화 문제를 효율적으로 해결할 수 있다. ▒ 상용화의 난관과 인류의 미래양자 기술은 더 이상 이론이 아닌, 장치로 구현되는 실용 기술의 단계에 들어섰다. 현재 전 세계 양자컴퓨터 경쟁은 초전도체 방식(Google, IBM Q), 이온 포획 방식(IONQ), 중성 원자 방식(QuEra) 세 계열로 전개되고 있다. 가장 큰 난관은 ‘확장성과 오류 제어’다. 초전도체 큐비트의 결맞음 시간은 100만 분의 1초에 불과하다. 김 교수는 “양자 상태를 붕괴시키지 않고 오류를 보정하는 양자 오류정정(Quantum Error Correction) 기술이 상용화의 관건”이라고 강조했다. 나아가 김 교수는 인류가 직면한 거대 난제를 해결할 기술로 전망했다. 양자 컴퓨팅의 강력한 연산 능력은 복잡한 기후 변화 모델을 정밀하게 분석하고, 질소 고정 등 화학 반응을 시뮬레이션하여 식량 위기 해결에 기여할 효율적인 비료 개발을 앞당길 수 있다고 밝히며, 양자 기술이 유엔(UN)의 지속가능발전목표(SDGs)를 달성하고 인류의 지속 가능한 발전을 이끄는 핵심 동력이 될 것으로 기대했다. ▒ 100주년의 노벨상, ‘양자 공학’을 공인올해 노벨상을 수상한 존 클라크, 미셸 드보레, 존 마티니스는 초전도체 회로와 같은 ‘거시적 시스템’에서도 양자 터널링과 에너지 양자화가 일어남을 실험으로 증명했다. 양자역학이 지난 100년 동안 세상의 본질을 새로 규정했다면, 인공지능은 그 위에 지성의 구조를 새로 쓰고 있다. 하나는 ‘존재를 이해하는 이론’으로서, 또 하나는 ‘이해를 구현하는 기술’로서, 두 거대한 흐름은 이제 서로를 향해 수렴하고 있다.

미국 최대 은행 JP모건체이스가 양자컴퓨팅 분야에 대규모 투자를 선언하자 관련 기업 주가가 일제히 급등했습니다. 하지만 월가 일각에서는 주가 거품이 곧 꺼질 수 있다는 경고가 나옵니다. 일부 애널리스트들은 양자컴퓨팅 대장주들이 향후 1년간 최대 60% 넘게 폭락할 수 있다고 전망했습니다. 실용화까지 최소 4년은 더 걸릴 기술에 투자자들이 과도한 기대감으로 거품을 만들고 있다는 분석입니다. JP모건의 100억 달러 투자 계획13일(현지시간) 미국 경제매체 CNBC에 따르면, JP모건은 이날 새로운 투자 계획의 일환으로 양자컴퓨팅을 핵심 투자 분야 중 하나로 발표했습니다. 공급망과 첨단 제조, 국방 및 항공우주, 에너지 기술, 그리고 양자컴퓨팅을 포함한 첨단 전략 기술 등 4개 분야에 최대 100억 달러(약 14조원)를 투자할 계획이라고 밝혔습니다. 이 계획은 향후 10년간 1조 5000억 달러(약 2147조원) 규모의 ‘안보 및 회복력 이니셔티브’의 일부입니다. JP모건은 미국의 국가 안보와 경제 안보에 핵심적인 산업에 자금을 지원하고 투자하겠다는 방침입니다. 제이미 다이먼 JP모건 최고경영자(CEO)는 성명에서 “미국이 국가 안보에 필수적인 핵심 광물, 제품, 제조업을 신뢰할 수 없는 곳에 지나치게 의존하게 됐다는 사실이 명백해졌다”고 말했습니다. 양자컴퓨팅 관련 주가 일제히 급등JP모건의 발표 이후 양자컴퓨팅 관련 기업들의 주가는 크게 올랐습니다. 리게티컴퓨팅은 25% 상승 마감했고, 디웨이브퀀텀은 23%, 아키트퀀텀은 20% 올랐습니다. 아이온큐는 16%, 퀀텀컴퓨팅은 12% 상승했습니다. 구글, 마이크로소프트, 아마존 같은 거대 기술 기업들도 양자컴퓨팅에 큰 관심을 보이고 있는데요. 이 기술이 일반 컴퓨터로 해결하기 어려운 복잡한 문제들을 풀 수 있는 잠재력을 지니고 있기 때문이죠. 예를 들어 분자 상호작용 시뮬레이션을 통해 제약 회사들의 신약 개발 속도를 높일 수 있습니다. 양자컴퓨팅은 인공지능(AI)과도 시너지를 낼 수 있습니다. 이론적으로 양자컴퓨팅은 AI 알고리즘 학습 속도를 높여 대규모 언어 모델을 훨씬 짧은 시간에 학습시킬 수 있습니다. 보스턴컨설팅그룹 분석가들은 오는 2040년까지 양자컴퓨팅이 4500억 달러에서 8500억 달러 사이의 경제적 가치를 낳을 것으로 예상했는데요. 이에 따라 지난 9일 마감 기준으로 지난 1년 동안 아이온큐는 712%, 리게티컴퓨팅은 무려 5940%의 수익률을 기록했습니다. 너무 올랐을까?…월가 “주가 62% 폭락 가능”하지만 일부 월가 전문가들은 현재 주가가 지나치게 높다고 경고합니다. 미 투자 전문 매체 모틀리풀은 투자자들이 감당하기 어려운 수준까지 양자컴퓨팅 주식을 매수했을 가능성이 있다는 월가의 우려를 전했습니다. 모건스탠리의 조셉 무어 애널리스트는 지난달 아이온큐의 목표 주가가 주당 32달러라고 재확인했습니다. 그는 아이온큐가 큐비트 기술에서 선도적 위치에 있다고 평가하면서도, 규제 장벽과 확장 과정의 어려움이 존재한다고 지적했습니다. 만약 무어의 전망이 현실이 된다면 아이온큐 주가는 지난 9일 종가 대비 59% 폭락하게 됩니다. 리게티컴퓨팅의 경우는 더 심각합니다. 캔터피츠제럴드의 트로이 젠슨 애널리스트는 몇 달 전 목표 주가를 18달러로 상향 조정했습니다. 문제는 현재 주가가 47달러를 넘어섰다는 점입니다. 이는 최대 62%의 하락 여력을 의미합니다. 젠슨은 리게티컴퓨팅이 2분기 실적 이후 양자컴퓨팅 분야에서 진전을 보였다고 평가했지만, 양자 우위 시점은 여전히 “4년 후”라고 지적했습니다. 양자 우위란 양자컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 실제 문제를 더 빠르게 해결할 수 있는 시점을 말합니다. 역사, 또다시 반복되나…거품 붕괴의 전례이들이 공통으로 지적하는 것은 양자컴퓨팅의 활용과 대중화 속도에 대한 회의적 시각입니다. 역사적으로 투자자들은 신기술의 초기 단계 도입 속도를 과대평가하고, 게임 체인저로 불리는 혁신 기술의 실용성을 지나치게 높게 보는 경향이 있습니다. 이는 결국 과도한 성장 전망이 빗나가면서 거품이 터지는 결과로 이어집니다. 1990년대 중반 인터넷의 등장 이후, 모든 차세대 혁신 기술은 예외 없이 초기 단계에서 거품 붕괴를 겪었습니다. 양자컴퓨팅은 AI보다도 더 초기 단계의 기술입니다. 이 때문에 아이온큐와 리게티컴퓨팅 같은 순수 양자컴퓨팅 전문 기업들이 거품 속에 있을 가능성은 매우 높다는 분석입니다. 마지막으로 두 회사의 주가를 목표가 수준까지 끌어내릴 수 있는 요인은 대형 기술 기업들의 시장 진입 가능성입니다. 모틀리풀은 “현재는 소규모 전문 기업들이 경쟁 우위를 점하고 있지만, 구글이나 아마존 같은 빅테크 기업들이 언젠가는 자체 양자컴퓨터 개발에 나설 것이 거의 확실해 보인다”고 전했습니다.

정부가 미래 경제, 사회, 안보의 게임 체인저로 불리는 양자과학기술 확보를 위해 양자전략위원회를 출범하고 10대 핵심 추진 과제를 제시했다. 정부는 12일 대전 한국표준과학연구원에서 최상목 대통령 권한대행 부총리 겸 기획재정부 장관 주재로 양자 분야 범부처 최상위 심의·의결 기구인 앙자전략위 출범식을 갖고 1차 회의를 열고 10대 퀀텀 이니셔티브 추진 전략을 발표했다. 양자전략위는 국무총리를 의장으로 하고 부위원장은 과학기술정보통신부 장관이 맡고 11명의 양자 분야 산학연 전문가를 민간위원으로, 7개 관계부처 장관을 당연직 정부위원으로 구성된다. 한국은 2014년부터 양자 과학기술 분야 지원을 위한 정책 수립과 법 제정 등에 나서 세계 최고 수준의 양자 중력 센서 개발 같은 성과를 내기도 했지만, 핵심 인력 부족과 산업화 미흡 등이 과제로 지적됐다. 이에 위원회는 ‘연구개발(R&D)을 넘어 산업화로’라는 주제로 △핵심역량 확보 △양자 산업화 기반 마련 △글로벌 협력과 기술 안보라는 세 가지 측면에서 10대 핵심 추진과제를 도출했다. 정부는 양자 기술 분야는 발전 단계에 있기 때문에 패권 국가가 없다는 점에 주목하고 실패를 허용하는 혁신 도전형 R&D를 지원할 계획이다. 또 양자 기술 분야에 대형 R&D 프로젝트를 올해 착수해 1000큐비트 양자컴퓨터, 양자 중계기 기반 양자네트워크, GPS 없는 양자 항법 센서 등을 민간 기업과 함께 개발해 산업 역량을 확보할 방침이다. 박사급 핵심 인력은 양자대학원에서 육성하고, 다양한 연구센터를 중심으로 핵심 인력을 양성하고 물리학뿐만 아니라 반도체, 전기 전자공학, 화학 바이오 등 인접 분야 인력 유입을 추진한다. 특히 정부는 올해를 ‘대한민국 양자 산업화 원년’으로 삼고 양자 소프트웨어와 알고리즘 개발로 산업화 기반을 마련하고, 양자 기술 구현에 필요한 소부장(소재·부품·장비) 산업을 육성해 해외 의존도를 줄이겠다는 계획이다. 이와 함께 양자 분야 특성을 고려한 전용 펀드를 조성하고 유형별 스타트업 육성하고 양자 산업생태계 지원센터를 통해 기술력은 있지만 창업 노하우가 부족한 대학과 정부출연연구기관 연구자들의 창업을 지원함으로써 양자 유니콘을 창출하겠다고 밝혔다. 또 양자소자 제작 공정 기술과 전문인력 확보를 통해 양자 산업화 거점을 구축하겠다는 계획도 제시했다. 양자 기술이 국가 안보와도 직결된다는 점에서 글로벌 협력과 기술 안보 부분도 강화하겠다고 정부는 밝혔다. 주요국 다자 협의체의 한국 유치를 추진하고, 주요국과 인력교류, 인프라 공동 활용, 산업계 협력 강화, 국제 공동 연구 등 다양한 협력을 추진할 계획이다. 또 글로벌 유수 기관과 협력을 통한 퀀텀 프론티어 랩 구축, 글로벌파트너십선도대학 사업 등을 새롭게 추진하며, 국방부, 방위사업청, 과기부 협업으로 미래 전장 대비 R&D를 강화하고 국방 분야 양자암호통신 도입 등을 적극 추진하겠다는 방침을 제시했다. 이날 브리핑에 나선 이창윤 과기부 1차관은 “양자 기술은 미래 경제와 사회, 안보에 지대한 영향을 미치는 기술로 성장 가능성도 큰 분야”라며 “지난해 4월 발표한 퀀텀이니셔티브의 속도감 있는 추진을 통해 신속한 성과를 창출하고 연구·개발된 기술을 산업화로 연결될 수 있도록 할 것”이라고 말했다.

인류의 난제를 풀어 줄 미래 기술로 ‘양자 컴퓨터’가 떠오르는 가운데 구글에 이어 마이크로소프트(MS)가 자체 개발한 양자 컴퓨팅 칩을 공개했다. MS는 19일(현지시간) 처음으로 자체 개발한 ‘위상초전도체’를 사용한 양자 컴퓨팅 칩 ‘마요라나1’을 개발했다고 밝혔다. 앞서 구글은 지난해 자체 개발한 양자 칩 ‘윌로’를 공개했다. MS가 이번에 개발한 ‘마요라나1’은 손바닥만 한 크기로 ‘초전도 큐비트’(양자컴퓨터 기본 연산 단위)를 이용하는 일반적인 양자 컴퓨팅 칩과 달리 ‘위상적 큐비트’로 개발됐다. 이 큐비트는 모양이 변해도 본질은 변하지 않는 특성을 갖추고 있어 ‘차세대 초전도 큐비트’로 꼽힌다. ‘마요라나1’에는 큐비트 8개가 탑재됐으며 100만개 이상 탑재될 수 있도록 설계됐다. 양자 칩은 큐비트의 수가 많을수록 더 강력한 연산 능력을 발휘한다. MS의 위상초전도체는 인듐비소와 알루미늄 등으로 구현됐으며,이를 통해 양자 정보의 손상을 막고 오류 파악과 수정도 자동 제어할 수 있게 됐다고 MS는 설명했다. MS는 “큐비트 100만개 이상 탑재는 ‘양자컴 상용화’ 시작 시기로 본다”며 “이번 칩 개발로 양자컴 시대가 몇 년 안에 실현될 수 있을 것”이라고 전망했지만 아직 해결해야 할 과제는 많다. 젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)는 지난 1월 “양자 컴퓨터가 상용화되기까지 20년은 걸릴 것”이라고 말한 바 있다. 양자 컴퓨터는 일반 컴퓨터로는 불가능한 막대한 양의 정보를 빠르게 처리할 수 있어 미래 혁신 기술 중 하나로 꼽힌다. 0 또는 1의 ‘비트’로 정보를 처리하는 일반 컴퓨터와 달리 양자 컴퓨터는 0과 1이 동시에 존재하는 중첩·얽힘 상태인 큐비트를 활용한다. 지난해 구글은 자사가 개발한 윌로 칩을 장착한 양자 컴퓨터가 성능 실험에서 현존하는 가장 빠른 슈퍼컴퓨터인 ‘프런티어’를 능가했다고 설명한 바 있다. 구글은 프런티어가 10셉틸리언년(10자년) 걸려야 풀 수 있는 문제를 윌로 칩을 장착한 양자 컴퓨터는 단 5분 안에 풀었다고 밝혔다.

최근 양자컴퓨팅 관련 주식에 대한 관심이 높아지면서 양자역학에 관한 기사가 쏟아졌다. 기존 컴퓨터의 비트와 달리 양자컴퓨터의 큐비트는 0과 1을 확률적으로 동시에 가질 수 있어 계산 속도가 월등히 빠르다는 식의 설명이 많았다. 주류 학설인 ‘코펜하겐 해석’에 근거한다. 그러나 양자역학의 메커니즘을 온전히 이해한다는 것은 사실상 불가능에 가깝다. 오죽하면 일부 물리학자는 코펜하겐 해석을 두고 “닥치고 계산이나 하라”는 입장이라고 몰아세울까. 하지만 ‘계산’에는 생각보다 중요한 의미가 담겨 있다. 이마누엘 칸트는 ‘순수이성비판’에서 자신의 철학을 ‘코페르니쿠스적 전회’에 빗댄 바 있다. 기실 지동설은 코페르니쿠스에 의해 처음 주장된 것이 아니라 기원전부터 있었다. 코페르니쿠스의 저서 ‘천체의 회전에 관하여’(De Revolutionibus orbium coelestium)는 당시 상식이던 프톨레마이오스 이래의 천동설을 기반으로 하고 있었다. 다만 그는 천동설을 따를 경우 발생하는 천체의 회전운동의 어긋남이 지동설을 상정하고 계산하면 해소된다는 점을 책에 담았다. 여기에서 중요한 것은 천동설의 지지자들조차도 코페르니쿠스의 ‘계산 체계’를 사용할 수밖에 없었다는 점이다. 그야말로 제대로 “닥치고 계산이나 한” 셈인데, 결국 그 계산 체계에 의해 지동설이 천동설을 밀어내게 됐다. 칸트는 이런 검토법을 ‘회의적 방법’이라고 해 ‘회의론’과 구별하면서 재판에서 법률이 적용되는 단계에서 불거지는 이율배반이야말로 법 제정을 음미하는 최선의 실험이라고 말하기도 했다. 칸트의 회의적 방법은 우리나라 세법학계의 거두인 이창희 서울대 교수의 표현을 빌리자면 “앞뒤를 맞춰 보는 것”이다. (“과학적 분석”이라고 쓰기도 했다) 만약 세법 조항의 해석에 있어 여러 면의 앞뒤가 맞춰지지 않는다면 그 전제가 되는 해석은 자연스럽지 않은 것이고 채택되기 어렵다. 세법 조항을 이러저러하게 해석하는 것이 “자연스럽다” 혹은 “자연스럽지 않다”는 표현은 우리 대법원이 판결 이유에서 대단히 자주 사용하고 있다. 요컨대 ‘계산’은 칸트가 말하는 이율배반적 견해들에 대해 각각의 견해를 전제로 한 계산의 결과값을 다른 데이터나 법조문 등과 맞춰 보는 시발점인 것이다. 그러나 정작 우리 주변에는 ‘계산’을 할 의향 자체가 없을 뿐만 아니라 ‘앞뒤를 맞춰 보겠다’는 생각조차 하지 않는 사람이 너무 많다. 오로지 자신의 견해가 무조건 옳다고 주장하기만 한다면 도대체 천동설이든 지동설이든 무슨 의미가 있겠는가. 계산을 하고 앞뒤를 맞춰 봄으로써 자신의 견해가 얼마나 (부)자연스러운지를 살필 만한 여유가 없는 이들이 애당초 과학적 분석이라는 것에 대해 고민할 리 만무하다. 지난해 12·3 비상계엄 이후 현재까지 온 국민이 법령의 해석자가 될 수밖에 없게 된 상황에서 오로지 혼란을 초래하는 견해만을 내세우는 이들이 여전히 목소리를 높이고 있다는 데 심히 개탄하지 않을 수 없다. 최성훈 법무법인 은율 변호사

구글이 기존 슈퍼컴퓨터로는 10자(1자=1조×1조)년이 걸리는 계산을 5분 안에 끝낼 수 있는 양자컴퓨터를 개발했다고 발표했다. 이러한 구글의 양자컴퓨터 성능 실험 결과는 9일(현지시간) 과학 전문지 네이처를 통해 공개됐다. 네이처에 따르면 구글의 양자컴퓨터를 총괄하는 하르트무트 네벤은 ‘윌로’(Willow)라는 새로운 칩을 통해 세계에서 가장 성능 좋은 슈퍼컴퓨터로 약 10자년 걸리는 문제를 5분 안에 풀 수 있다고 밝혔다. 10자년은 우주의 나이를 초월하는 시간으로, 5년 전 구글이 1만년 걸리는 문제를 몇 분 안에 풀 수 있다고 발표한 것보다 훨씬 더 빨라진 것이다. 다만 이번 성능 실험은 양자컴퓨터의 성능을 측정하기 위해 만들어진 알고리즘에 따라 나온 것으로 실제 적용된 사례는 없다. 구글은 기존 컴퓨터가 풀지 못하는 실제 문제 해결 사례를 내년에 발표할 것이라고 밝혔다. 이번에 소개된 기술의 핵심인 신형 양자 칩 윌로는 105개의 ‘큐비트’로 이뤄져 있다. 큐비트는 양자컴퓨터에서 정보를 사용하는 기본 단위다. 기존 컴퓨터가 0과 1을 순차적으로 계산했다면 양자컴퓨터는 0과 1을 동시에 처리해 기존 컴퓨터보다 문제를 빠르고 정확하게 해결하는 것으로 평가받는다. 그런데 대개 전기저항이 없는 초전도 큐비트를 사용해 정보를 처리하는 양자컴퓨터는 외부저항에 쉽게 오류가 발생하는 단점이 있었다. 이 때문에 과학자들은 1990년대부터 양자 오류 수정에 주력해 왔다. 윌로 칩은 이처럼 큐비트 수가 증가할수록 발생하는 오류를 최소화하는 것을 목표로 개발됐으며 ‘임계값 미만’으로 양자 계산을 시연할 수 있는 최초의 칩이라고 설명한다. 실시간으로 오류를 수정할 수 있는 기술도 개발했다고 한다. 구글 본사의 연구진인 마이클 뉴먼은 “이것은 30년간의 목표였다”고 말했다. 구글 양자컴퓨터 최고운영책임자(COO)인 카리나 추는 이번 성과로 10년 뒤에는 양자컴퓨터가 가장 뛰어난 슈퍼컴퓨터로도 불가능한 과학적 발견을 가능하게 할 것이라고 기대했다. 로이터통신은 오류를 실시간 줄일 수 있는 기술은 “양자컴퓨터를 실용적으로 만드는 데 중요한 단계”라고 평했다. 양자컴퓨터 개발은 미국과 중국이 치열하게 선두를 다투는 분야이기도 하다. 미국은 마이크로소프트, 인텔, IBM 등 대기업이 중심이 돼 개발하고 있으며 중국은 정부가 152억 달러(약 22조원)를 쏟아부었다.

국내 최대 양자 컴퓨팅 국제행사 ‘퀀텀 코리아 2024’ 파트너 행사에서 ‘이스라엘 양자 컴퓨팅 생태계’가 소개됐다. 양자 컴퓨팅은 기존 슈퍼컴퓨터가 해결하지 못하는 가장 복잡한 문제를 훨씬 더 빠른 속도로 해결할 수 있는 연산 능력을 제공하여 신약 개발, 보안, 금융, 물류 등 산업 전분야에서 경제, 기술, 보안, 엔지니어링, 과학 분야의 혁신을 주도할 수 있다. 주한이스라엘대사관 이스라엘 경제무역대표부는 25일 경기 고양 킨텍스 제2전시장에서 열린 ‘퀀텀코리아 2024’ 부대행사 ‘이스라엘의 양자 컴퓨팅 생태계’에서 이스라엘 양자컴퓨팅 기업인 ‘퀀텀 머신’(Quantum Machine), ‘케드마’(Qedma Quantum Computing), ‘클래시큐’(ClassiQ Technologies)등 3곳의 이스라엘 양자컴퓨팅 기업 대표가 방한해 자사의 혁신 기술을 발표했다. 아키바 토르 주한 이스라엘 대사는 이날 “어제 우리는 텔아비브대학에서 이스라엘 양자 컴퓨팅 발전의 초석이 될 양자컴퓨팅센터를 개관했다”면서 “양자컴퓨팅은 컴퓨터가 들어가는 자동차, 선박, 반도체 등 여러 전장 분야에서 기술 혁신의 자양분이 될 것”이라고 말했다. 이어 “이스라엘과 한국이 양자 컴퓨팅 분야에서 활발히 교류해 시너지를 냈으면 좋겠다”고 덧붙였다.텔아비브에 본사를 둔 퀀텀 머신(Quantum Machine)는 이스라엘 혁신청이 1억 달러(2700만 달러)를 투자해 설립한 이스라엘 양자 컴퓨팅 센터(IQCC)를 운영하는 회사다. 이 회사는 이스라엘이 실질적인 양자 컴퓨팅 역량을 개발하기 위한 글로벌 경쟁을 지원하기 위해 설립됐다. 공식 개소식은 24일(현지시간) 텔아비브 대학교의 AI·사이버 테크 기업 주간 행사와 함께 열렸다. 클래시큐(ClassiQ)는 엔비디아(NVIDIA), 롤스로이스, BMW사가 사용하는 양자 소프트웨어 제작사다. 양자 소프트웨어의 설계, 실행, 분석을 위한 엔드투엔드 플랫폼을 제공한다. 9큐비트로 1000만 층 깊이를 측정하는 세계 최대 규모의 전산 유체 역학(CFD) 양자 컴퓨팅 회로를 설계했다. 2020년 설립된 이 회사는 4년만에 누적 투자액 6300만 달러를 넘겼다. 케드마(Qedma)는 현재 양자처리장치(QPU)에서 발생하는 오류를 교정하는 세계 최고의 양자 오류 억제·완화 소프트웨어인 ‘QESEM’의 제작사다. 양자 컴퓨터가 기존 슈퍼컴퓨터보다 훨씬 빠르게 연산 작업을 수행할 수 있는 능력인 ‘양자 우위’(Quantum Supremacy)을 달성하려면 이러한 오류를 최대한 감소해야 한다. 아시프 시나이 케드마 최고경영자(CEO)는 이날 이러한 교정 작업을 거치면 컴퓨팅 속도가 최대 1000배 빨라진다고 설명했다.

한국과 영국의 과학자들이 최신 연구 성과들을 논의하기 위해 다음 주 강원도 평창에서 만난다. 기초과학연구원(IBS), 한국과학기술한림원, 영국왕립학회가 공동으로 오는 21일부터 23일까지 강원 평창 용평리조트에서 ‘제6회 한·영 리서치 콘퍼런스’를 연다고 15일 밝혔다. 이번 콘퍼런스는 2013년 IBS와 영국왕립학회가 양국 과학 발전을 목적으로 체결한 업무협약을 근거로 한다. 6번째를 맞는 올해 콘퍼런스에서는 양자물질과 감염병이라는 두 가지 주제를 놓고 양국 연구자 40명이 참석할 예정이다. 양자물질 분야에서는 염한웅 IBS 원자제어 저차원 전자계 연구단장과 피터 나이트 영국 임페리얼 칼리지 런던 명예교수가 좌장을 맡아 양자 컴퓨팅, 초전도 큐비트, 양자점 등 최신 연구 동향을 공유하고 주제 토론을 통해 양국 간 협력 방안을 모색할 계획이다. 피터 나이트 교수는 영국 내 가장 영향력 있는 과학자 중 한 명으로 양자 분야 연구 성과를 인정받아 2005년 기사 작위를 받기도 했다. 이번 콘퍼런스에서는 특히 광양자 프로세서 관련 최신 연구 결과와 함께 2014년 출범한 영국 국가양자기술프로그램의 배경과 방향에 관해 이야기를 들을 수 있다. 감염병 분야에서는 신의철 IBS 한국바이러스기초연구소 바이러스 면역 연구센터장과 로이 앤더슨 영국 임페리얼 칼리지 런던 교수가 좌장을 맡아 코로나19 변이에 대응할 수 있는 백신 개발, 바이러스와 관련 없는 방관자 T세포 활성화 현상 등 바이러스 관련 연구뿐만 아니라 진단법, 대응 정책, 유전자 감시 체계 등 사회적 영향까지 폭넓게 다룰 계획이다. 2019년에 열린 4회 콘퍼런스는 영국에서 열렸으나 5회 콘퍼런스는 코로나19 확산으로 인해 지난해 온라인으로 개최됐다.

정부가 2030년까지 마리나·관광·쇼핑시설을 갖춘 복합 해양레저관광도시인 ‘한국형 칸쿤’을 만들고 탄소배출이 ‘0’인 탄소중립도시를 10곳 조성하기로 했다. 2025년까지 ‘한국판 디즈니’로 불리는 특수영상 클러스터도 구축한다. 반도체 산업의 초격차 확보를 위해 첨단 반도체 산업단지도 추가로 짓는다. 정부는 21일 발표한 2023년 경제정책방향에 이런 내용의 ‘신성장 4.0 전략’(3대 분야 15대 프로젝트) 추진계획을 담았다. 그동안 농업(1.0), 제조업(2.0), 정보기술(IT·3.0) 중심의 성장을 이뤄 왔다면 앞으로는 미래산업(4.0)을 중심으로 새로운 도약에 나서겠다는 뜻이다. 추경호 부총리 겸 기획재정부 장관은 “신성장 4.0 전략을 통해 국민소득 5만 달러의 초일류국가로 도약할 것”이라고 말했다. 정부는 내년에 우주항공청을 신설하고 2032년까지 독자 기술로 개발한 발사체를 통해 달 착륙선을 우주로 쏘아 올리겠다고 밝혔다. 2030년까지 자율주행 인프라 구축을 완료하고, 도심항공모빌리티(UAM)는 2025년부터 상용화한다. 희귀·난치병을 치료할 수 있는 첨단재생의료 치료제도 2030년까지 개발하는 것을 목포로 세웠다. 2026년까지 50큐비트 양자컴퓨터 개발도 추진한다. 디지털 분야에서는 2030년까지 ‘K클라우드’라는 이름의 국가 데이터 인프라를 구축한다. 부산신항은 2026년까지, 진해신항은 2029년까지 ‘스마트 메가포트’로 탈바꿈한다. 처리 속도가 35% 향상되고 운영 비용은 19% 절감되는 항만이라는 게 정부의 설명이다. 아울러 정부는 반도체 산업에 내년 예산 1조원을 투자하고, 2026년까지 ‘꿈의 배터리’라고 불리는 전고체 배터리를 상용화하기로 했다. 바이오산업 육성을 위해 2025년까지 한국판 보스턴 바이오 클러스터를 조성하고, 2032년까지 100만명 규모의 바이오 데이터를 수집하는 데이터뱅크도 구축한다. 하지만 정부의 야심 찬 계획이 다소 비현실적이란 지적도 나온다. 구체적인 실현 방안과 과정이 생략된 희망 섞인 목표에 불과하다는 것이다. 특히 프로젝트 상당수가 10년 뒤 이행을 목표로 하고 있어 ‘5년 단임제’ 대통령제라는 특성상 정권이 바뀐 이후에도 계획 추진이 계속 이어질지는 미지수다. 재계 관계자는 “UAM이나 전고체 배터리 등 기술 개발 단계를 고려했을 때 정부가 상용화 시점을 너무 앞당긴 건 아닌가 싶다”고 말했다.

정부가 2030년까지 마리나·관광·쇼핑시설을 갖춘 복합 해양레저관광도시인 ‘한국형 칸쿤’을 만들고 탄소배출이 ‘0’인 탄소중립도시를 10곳 조성하기로 했다. 2025년까지 ‘한국판 디즈니’로 불리는 특수영상 클러스터도 구축한다. 반도체 산업의 초격차 확보를 위해 첨단 반도체 산업단지도 추가로 짓는다. 정부는 21일 발표한 2023년 경제정책방향에 이런 내용의 ‘신성장 4.0 전략’(3대 분야 15대 프로젝트) 추진계획을 담았다. 그동안 농업(1.0), 제조업(2.0), 정보기술(IT·3.0) 중심의 성장을 이뤄 왔다면 앞으로는 미래산업(4.0)을 중심으로 새로운 도약에 나서겠다는 뜻이다. 추경호 부총리 겸 기획재정부 장관은 “신성장 4.0 전략을 통해 국민소득 5만 달러의 초일류국가로 도약할 것”이라고 말했다. 정부는 내년에 우주항공청을 신설하고 2032년까지 독자 기술로 개발한 발사체를 통해 달 착륙선을 우주로 쏘아 올리겠다고 밝혔다. 2030년까지 자율주행 인프라 구축을 완료하고, 도심항공모빌리티(UAM)는 2025년부터 상용화한다. 희귀·난치병을 치료할 수 있는 첨단재생의료 치료제도 2030년까지 개발하는 것을 목포로 세웠다. 2026년까지 50큐비트 양자컴퓨터 개발도 추진한다. 디지털 분야에서는 2030년까지 ‘K클라우드’라는 이름의 국가 데이터 인프라를 구축한다. 부산신항은 2026년까지, 진해신항은 2029년까지 ‘스마트 메가포트’로 탈바꿈한다. 처리 속도가 35% 향상되고 운영 비용은 19% 절감되는 항만이라는 게 정부의 설명이다. 배송 로봇과 드론을 이용한 신물류서비스도 2026~2027년 전국으로 확대한다. 아울러 정부는 반도체 산업에 내년 예산 1조원을 투자하고, 2026년까지 ‘꿈의 배터리’라고 불리는 전고체 배터리를 상용화하기로 했다. 바이오산업 육성을 위해 2025년까지 한국판 보스턴 바이오 클러스터를 조성하고, 2032년까지 100만명 규모의 바이오 데이터를 수집하는 데이터뱅크도 구축한다. 하지만 정부의 야심 찬 계획이 다소 비현실적이란 지적도 나온다. 구체적인 실현 방안과 과정이 생략된 희망 섞인 목표에 불과하다는 것이다. 특히 프로젝트 상당수가 10년 뒤 이행을 목표로 하고 있어 ‘5년 단임제’ 대통령제라는 특성상 정권이 바뀐 이후에도 계획 추진이 계속 이어질지는 미지수다. 재계 관계자는 “UAM이나 전고체 배터리 등 기술 개발 단계를 고려했을 때 정부가 상용화 시점을 너무 앞당긴 건 아닌가 싶다”고 말했다.

슈퍼컴퓨터가 1만 년 걸려 풀 수 있는 문제를 200초 만에 해결하는 양자컴퓨터를 부산에서 사용할 수 있게 된다. 부산시는 항만, 물류 등 부산이 강점을 가진 산업의 획기적인 발전과 새로운 전략 산업을 육성하기 위한 양자컴퓨터 생태계 조성을 추진한다. 시는 미국 IBM, 한국 IBM과 양자컴퓨터 생태계 구축에 협력하는 양해각서를 체결했다고 22일 밝혔다. 시는 지난해부터 양자컴퓨터 기술을 도입하기 위해 IBM과 접촉했고, IBM이 두 차례 부산에 방문해 성장 가능성을 확인한 뒤 지난달 10일 협약을 체결했다고 설명했다. 이번 협약에서 시는 IBM의 양자컴퓨터를 사용할 권한을 획득하게 됐다. 또 협약에 따라 IBM은 양자컴퓨터 생태계 조성을 위한 기술력 제공, 연구 협력, 인력 양성 등에 나선다. 시는 관련된 행·재정적 지원을 하기로 했다. IBM은 양자컴퓨터 분야의 선두 주자로 꼽힌다. 127 큐비트 양자컴퓨터를 이미 개발했고, 올해 말까지 433큐비트 양자컴퓨터 상용화를 계획하고 있다. 큐비트는 양자컴퓨터에서 사용하는 최소 정보 단위다. n개 큐비트를 가진 양자컴퓨터는 2의 n승에 해당하는 연산 능력을 가진다. 시는 다음 중 해운대구 동서대 센텀시티 캠퍼스에 IBM의 양자컴퓨터 네트워크에 접속할 수 있게 하는 장비 등을 갖춘 ‘IBM 퀀텀 KQC(한국퀀텀컴퓨팅주식회사) 허브 부산’을 개관한다. 이어서 ‘퀀텀 컴플렉스’ 조성도 추진한다. 양자컴퓨터 기술과 관련한 연구·개발, 관련 기업과 인력 양성 등이 이뤄지는 곳이다. 시는 퀀텀 컴플렉스 조성을 위해 미국 투자사인 하인즈, KQC와 투자협약을 체결했다. 하인즈는 컴플렉스 조성을 위한 자본을 투자하고, KQC가 운영을 맡는다. 시는 생태계 조성을 통해 양자컴퓨터 기술을 항만, 물류, 금융, 제조 등 분야에 활용하는 데 집중할 계획이다. 또 의약품, 신소재 개발 등 차세대 전략 산업을 만들어 내는 데도 도움이 될 것으로 기대한다. 제이 감베타 미국 IBM 퀀텀 수석연구원 겸 부사장은 “IBM은 부산시와 함께 산업 연구에서 학생 교육에 이르기까지 양자컴퓨팅 기술을 접목해 지역 산업 발전을 가속하기 위해 노력하겠다”고 밝혔다. 박형준 부산시장은 “미래를 선도할 기술은 선점하지 않으면 추격만 반복하다 뒤처지는 악순환에 빠질 수 있다”며 “이번 협약을 기회 삼아 부산을 기술 초격차 도시로 만들겠다”고 말했다.

리처드 파인먼은 알베르트 아인슈타인과 함께 20세기 최고의 물리학자로 불린다. 파인먼은 1980년대 초 양자컴퓨터를 처음 제안했다. 현재 사용 중인 비트(bit) 단위 컴퓨터로는 대용량 계산을 하지 못할 수 있다는 것이다. 이후 1984년 미국 벨 연구소의 피터 쇼어가 현대 공개키 암호의 대표인 RSA 알고리즘을 양자컴퓨터로 깰 수 있다는 것을 증명해 양자컴퓨터에 대한 관심이 크게 높아졌다. 지난달 대전에서는 양자컴퓨터 관련 암호 국제학술대회(PQCrypto 2021)가 열렸다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 이 자리에서 양자컴퓨팅 환경에서 안전성을 측정할 수 있는 방법론을 발표해 전 세계적으로 큰 호응을 얻었다. 암호를 분석하는 전용 플랫폼인 ‘큐 크립톤’을 처음으로 발표했다. 양자컴퓨팅 환경에서 다양한 암호의 안전성 분석에 관한 연구는 세계 최초이다. 이로써 양자컴퓨터를 이용한 해킹에 강인한 암호 알고리즘을 검증할 수 있는 토대가 마련된 셈이다. 양자 컴퓨터를 구현하는 기업별로 서로 다른 큐비트(Qubit) 규모, 칩 구조, 오류율 등 다양한 요소를 고려한 암호 안전성의 정량적 분석 및 시뮬레이션이 가능해진 것이다. 미래 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터가 해결 못 한 양자 머신러닝, 신약 물질 개발, 광합성의 기작 원리 등 다양한 과학 분야에서 크게 이바지할 것이다. 이와 함께 한층 더 높은 보안성이 보장되는 암호 알고리즘 발굴 및 검증 노력도 필요하다.

과학자들이 처음으로 지속적이고 신뢰도가 매우 높은 ‘양자 전송’ 실험에 성공했다. 이는 양자계의 정보 단위인 큐비트의 순간 이동을 실현했다는 것. 미국항공우주국 제트추진연구소(NASA JPL)와 캘리포니아공대(캘텍) 그리고 페르미국립가속기연구소(페르미랩) 등 공동연구진은 큐비트 정보를 첨단 단일광자 감지기와 기존 장비를 사용한 광섬유 네트워크를 통해 약 44㎞ 떨어진 곳까지 빛의 속도보다 빨리 90% 이상의 신뢰도로 전송했다고 밝혔다. 이는 언젠가 양자 인터넷 서비스가 상용화하는 등 컴퓨터와 통신 기술에 혁명을 일으킬 수 있다는 말이다. 이런 양자 전송 기술을 사용한 통신 시스템은 해킹될 수 있는 컴퓨터 코드 대신 광자를 사용하므로 일반적인 네트워크보다 빠르고 안전하다.양자 인터넷에서 큐비트 상태로 저장된 정보는 양자 얽힘이라는 현상 덕분에 먼 거리까지 즉시 전송될 수 있다. 이는 얽힘 상태에 있는 두 입자가 하나의 정보를 실시간으로 공유하는 현상 때문인데 각 입자의 양자 상태는 아무리 멀리 떨어져 있어도 서로 즉각적으로 영향을 준다. 따라서 양자 전송은 한 위치에서 다른 위치로 양자의 ‘상태’를 전송한다. 다만 양자 얽힘은 양자 전송의 품질인 신뢰도를 쉽게 떨어뜨릴 수 있는 환경 간섭에 매우 민감하므로 실제 이론을 증명하는 것은 기술적으로 어려운 일이었다.그렇지만 이번 실험에서 연구진은 무려 44㎞ 정도 떨어진 두 실험실에 각각 양자 전송 시스템을 구축했다. 캘텍 양자 네트워크(CQNET)와 페르미랩 양자 네트워크(FQNET)으로 각각 불리는 두 시스템은 서로 상호 작용해 일련의 큐비트를 주고 받을 수 있었다. 즉 큐비트는 한 곳에서 다른 곳으로 신호를 즉시 전달한다. 실험 결과, 큐비트 신호는 빛의 속도보다 빠르게 90% 이상의 신뢰도로 전송됐다. 신뢰도는 결과로 나온 큐비트 신호가 원래 전송한 메시지와 얼마나 가까운지를 측정하는 데 쓰인다. 이에 대해 연구에 참여한 마리아 스피로풀루 캘텍 교수는 “이런 높은 신뢰도는 특히 양자 감지기를 포함한 첨단 양자 장치를 연결하도록 설계한 양자 네트워크 구축 사례에서 중요하다”고 말했다. 이번 결과는 과학자들이 양자 영역에 관한 지식의 경계를 넓히고 미래의 양자 인터넷 상용화의 가능성에 희망을 주는 것이다. 이 기술이 나오려면 아직 멀었지만, 미국에서는 이미 양자 네트워크를 적용할 계획을 세워놓고 있는 것으로 전해졌다. 한 예로 미 에너지부는 미 전역에 있는 연구소들 사이에 양자 네트워크 구축을 고려하고 있다. 양자 인터넷상에서 구현되는 양자 컴퓨터의 능력은 현재 전 세계에서 가장 빠른 슈퍼 컴퓨터의 속도를 약 100조 배 능가할 것으로 예상된다. 이에 대해 스피로풀루 교수는 “SNS 사용자들은 물론 농담이겠지만 양자 인터넷 업체에 가입해야 하느냐고 묻는다”면서 “우리는 더 많은 연구개발(R&D) 작업이 필요하다”고 말했다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

구글의 연구자들이 양자컴퓨터로 화학반응이 일어나는 과정을 시뮬레이션(이하 모의실험)하는 데 전 세계에서 처음으로 성공했다. 사실 이번 모의실험 자체는 매우 단순한 것이지만, 양자컴퓨터를 보편적으로 활용하는 시대에 한 걸음 더 나아갔다는 점에서 의미가 크다. 세계적인 학술지 ‘사이언스’ 8월 28일자에 실린 연구논문에 따르면, 이번 모의실험에는 이른바 ‘시커모어’라고 부르는 54큐비트(양자비트. 양자컴퓨터의 정보 최소 단위)급 양자컴퓨터가 사용됐다. 시커모어는 지난해 10월 당시 최고 슈퍼컴퓨터로 1만 년 걸리는 연산을 단 200초(3분 20초) 만에 해결함으로써 ‘양자 우월성’(양자 우위)을 입증한 것으로 유명하다. 물론 지금까지 기존 슈퍼컴퓨터로도 많은 화학반응 모의실험이 이뤄졌다. 하지만 화학반응에 관여하는 원자나 분자가 늘어날 때마다 계산은 기하급수적으로 복잡해진다. 게다가 이런 컴퓨터로는 복잡성의 폭발적인 증가를 따라가는 것이 점점 더 어려워지고 있는 것이다. 반면 양자컴퓨터에 있어 이런 계산량 증가는 그리 걱정되는 문제가 아니다. 큐비트를 1개 늘릴 때마다 처리능력은 2배가 되므로 적절한 알고리즘을 이용하면 계산능력 역시 폭발적으로 늘릴 것으로 예상되기 때문이다. 이번 연구에 쓰인 시커모어는 54큐비트를 구동하므로, 2의 54승에 달하는 경우의 수(약 1경 8000조)를 동시에 처리할 수 있다.참고로 이번 연구에서 모의실험 대상이 된 화학반응은 극히 간단한 화합물로 2개의 질소 원자와 2개의 수소 원자로 구성된 ‘디이미드’(N₂H₂) 분자다. 이 디이미드 분자에는 수소 원자의 위치가 논문에 첨부된 이미지처럼 같은 방향에 있는 패턴(cis)과 다른 방향에 있는 패턴(trans)이라는 2가지 상태가 알려졌다. 모의실험에서는 이 디이미드 분자가 2가지 상태로 바뀌는 과정이 계산됐다. 그 결과, 화학반응을 양자컴퓨터로 모의실험한 값은 기존 슈퍼컴퓨터에 의한 계산 값은 물론 현실 세계의 측정값과도 일치하는 것으로 나타났다.사실 이번 모의실험에 이용된 화학반응은 매우 간단한 것이어서 일반적인 노트북으로도 충분히 재현할 수 있다. 하지만 이번 첫걸음이 계산화학 분야에서는 매우 큰 진전이라 할 수 있다. 양자컴퓨터는 큐비트를 늘리거나 간단한 알고리즘(계산 방법 또는 계산 순서)의 변화만으로 규모를 크게 늘릴 수 있기 때문이다. 이에 대해 구글의 연구자들은 “앞으로는 완전히 새로운 화학물질을 양자컴퓨터의 계산만으로도 개발할 수 있을 것”이라고 말했다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

지난 10월 23일 구글은 그들이 개발한 양자컴퓨터가 특정한 계산문제에서 슈퍼컴퓨터의 성능을 뛰어넘는 결과를 보였다는 논문을 유명 과학저널인 네이처에 발표하였다. 그 과정에서 9월 말쯤 미리 논문의 초안이 실수로(?) 공개되기도 하고, 경쟁사의 반박 논문이 나오기도 하는 등의 해프닝이 있어 대중의 흥미를 유발했다.하지만 일반적으로는 양자컴퓨터란 것이 무엇이며 도대체 어떤 일을 그렇게 빨리 해냈다는 것인지 금방 머릿속에 떠오르지는 않는다. 어쨌든 구글의 새 양자프로세서 ‘시커모어’(Sycamore)를 기반으로 하는 초기 형태의 양자컴퓨터 시스템이 개발되었고, 특별한 수학 문제의 해결에 슈퍼컴퓨터에 비해 놀라운 성능을 보인 것은 사실이다. 그러면 드디어 슈퍼컴퓨터를 뛰어넘은 양자컴퓨터가 등장한 것이고 양자컴퓨터의 시대가 도래한 것인가. 지금의 컴퓨터보다 수만배 수억배 빠른 컴퓨터가 드디어 등장해 지금의 컴퓨터를 대체할 것인가. 이러한 이야기를 좀 해보려 한다. ●양자컴퓨터란 무엇인가? 양자컴퓨터가 도대체 무엇인가 알아보기 전에 먼저 컴퓨터란 도대체 무엇인지 다시 한번 생각해보기로 하자. 요즈음에는 컴퓨터나 스마트폰이 워낙 널리 쓰이고 있고 그 안에서 어떤 일들이 일어나고 있는지 작동원리 따위를 사용자 입장에서 굳이 고민할 필요가 없다. 먼저 컴퓨터는 우리가 하려는 일을 입력받아서(키보드나 터치, 혹은 음성으로) 그것을 적당한 수학적 문제로 바꾼다. 그리고 그에 해당하는 숫자들을 이진법 디지털 신호로 바꾼 뒤 중앙처리장치(CPU)에 넣고 이런저런 작업을 시킨다. 그 결과물로 나온 디지털 신호를 다시 수학 문제의 답으로 해석하고, 그 결과를 우리가 원래 하려던 일의 결과물로 다시 해석해서 우리에게 알려 준다. 간단히 말하면 스마트폰의 자판에서 A자를 누르면 그게 위의 과정을 거쳐서 화면에 A자를 표시한다는 것이다. 양자컴퓨터는 이 과정 중에서 디지털 신호 대신에 양자역학적 상태를 신호로 이용하고, CPU 대신 양자프로세서가 양자역학적 현상을 이용해서 신호를 처리한다는 점이 다르다. 사용자 입장에서는 A 자판을 누르니 A가 표시되더라는 입력과 결과는 동일하다. 양자컴퓨터는 내부적으로 정보의 입력과 처리를 양자역학적으로 다루었을 뿐이다. 그런데 양자역학적으로 신호를 처리하면, 최소한 몇 가지 특별한 문제들에 대해서는 지금의 컴퓨터보다 어마어마하게 빠른 계산이 가능하다. 그 특별한 문제들 중에서 암호 해독 등이 있다. ●양자역학적인 신호처리는 어떤 것인가 기존의 컴퓨터에서 계산을 빠르게 하려면 어떻게 하는가. 일단 속도를 올려 주어진 시간에 더 많은 계산을 하게 하면 된다. 예를 들어 컴퓨터 CPU 클럭을 2GHz에서 4GHz로 올리는 일이다. 또 다른 방법은 여러 CPU를 병렬로 작동시키면 된다. 한 CPU에 여러 개의 코어를 넣거나, 혹은 CPU를 여러 개 동시에 작동시키면 된다. 이렇게 성능을 극대화한 것이 슈퍼컴퓨터이다. 속도를 2배 올리거나 개수를 2개 늘리면 성능은 대략 2배 증가한다. 기존의 컴퓨터에서 정보를 처리하는 단위는 0과 1의 디지털 신호를 다루는 ‘비트’(bit)다. 한편 양자컴퓨터에 정보를 저장하고 처리하는 기본단위는 양자비트, 즉 ‘큐비트’(qubit)다. 큐비트는 0과 1이 동시에 존재하는 중첩 상태를 이용할 수 있으며, 멀리 떨어져 있는 큐비트 간에도 서로 강하게 연결되어 있는 얽힘 상태를 이용한다. 예를 들어 세 개의 비트가 있다고 하면, 각각의 비트는 디지털 신호 0 또는 1 이므로, 우리가 표시할 수 있는 정보는 그중 한 가지 조합, 예를 들어 001 등으로 정해진다. 한편 큐비트는 각 큐비트가 0과 1을 중첩으로 동시에 가질 수 있으므로, 우리가 표시할 수 있는 정보는 000, 010, 111… 등 모든 조합이 ‘동시’에 가능하다(3개의 큐비트라면 8개의 조합이 가능하다). 즉 큐비트를 이용하면 계산공간이 커져서 더 많은 정보를 한꺼번에 다룰 수 있다. 게다가 큐비트들이 얽힘으로 연결되어 있으면, 한 번의 조작으로 많은 수의 정보를 동시에 변경하고 처리할 수 있으며, 이를 ‘양자 병렬성’(quantum parallelism)이라고 표현한다. 이 경우 큐비트의 수를 2배 늘리면 성능은 4배, 큐비트를 3배 늘리면 성능은 8배 좋아지는 것을 기대할 수 있다. 컴퓨터의 크기가 커짐에 따라 성능이 늘어나는 것이 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠른 것이다. 양자컴퓨터가 특정 계산에서 슈퍼컴퓨터보다 빠를 수 있는 것은 앞에서 설명한 ‘양자병렬성’을 최대한으로 이용할 수 있는 수학 문제인 경우인데, 아직 몇 가지만이 알려져 있고, 대표적인 것이 소인수분해 문제이다. 이같이 양자컴퓨터의 성능을 최대한 활용하려면, 양자컴퓨터에 맞게 완전히 새롭게 고안된 알고리듬이 필수적이다. 소인수분해 문제는 1994년 피터 쇼어에 의해서 양자컴퓨터 알고리듬이 제안되었고, 이 문제가 지금 우리가 널리 쓰고 있는 암호체계(RSA암호)의 원리이기 때문에, 현재 암호를 무력화시킬 가능성이 제안된 것이었다. 이를 계기로 1990년대 중반부터 양자컴퓨터 연구가 급격히 확대되었다. ●구글 ‘양자우월성’ 곧 달성될 것으로 기대 양자컴퓨터의 큰 전환기는 그 이후 몇 차례 더 있는데, 먼저 2007~2008년경부터 미국 정부가 대규모 투자를 시작한 시점, 2014년 구글이 본격적으로 뛰어들고 2016년 IBM이 양자컴퓨터를 클라우드로 일반에 공개하는 등 대기업들이 본격적으로 참여한 일 등이다. 이후 벌어진 개발 경쟁의 결과물이 이번 구글의 양자우월성 발표이며, 이 역시 아주 중요한 티핑포인트라고 할 수 있다.이번에 구글이 사용한 시커모어 프로세서는 초전도 회로로 제작된 큐비트 53개로 구성된 소자이다. 2012년 칼텍의 존 프레스킬 교수는 지금 컴퓨터에서는 매우 어렵지만 양자컴퓨터에는 쉬운 특정 수학 문제를 양자컴퓨터에서 푸는 것을 시연하면, 양자컴퓨터가 최소한 한가지 임무에서는 지금 컴퓨터보다 앞선다는 것을 명확히 보여줄 수 있다는 제안을 하였고, 이를 ‘양자우월성’(Quantum Supremacy)이라고 명명했다. 구글 팀은 이를 위해서 별칭 ‘qubit speckle’(큐비트 얼룩무늬)이라는 알고리듬을 만들었는데 (레이저 빛이 간유리를 통과하고 나면 반짝이 패턴을 보이는 것과 같은 원리임) 이것은 큐비트 회로에 무작위로 고른 계산을 시키고 그 결과에서 나오는 특정한 패턴을 기존의 컴퓨터로 계산할 수 있을 것인가의 문제이다. 이번 발표는 양자컴퓨터가 대략 200초에 계산한 결과를 세계 최고의 슈퍼컴퓨터인 서밋으로 계산하더라도 약 1만년 걸릴 것으로 예상한다는 것이다. ●“슈퍼컴 1만년 걸릴 것 단 200초에 계산 가능” 물론 슈퍼컴퓨터에서 새로운 알고리듬을 개발하면 그 시간을 지금보다 대폭 줄일 수 있고, 경쟁사인 IBM은 그 시간을 2.5일 정도까지 줄일 수 있을 것이라고 발표하기도 하였다. 하지만 이번 결과는 매우 명확하게 양자컴퓨터가 특정한 계산을 슈퍼컴퓨터보다 훨씬 잘할 수 있음을 보인 것임에 이견이 없다. 한가지 이야기하고 싶은 것이, 이 결과가 베일에 싸여 있다가 갑자기 나온 것이 아니라는 점이다. 구글 및 다른 연구팀들은 이미 지난 수 년간 관련 연구결과들을 꾸준히 공개해 왔고 성능 향상도 꾸준히 보고되고 있었다. 구글도 이미 2년 전에 이번 실험의 청사진을 구체적으로 발표하였다. 이미 지난해부터 최근에 발표된 하드웨어 성능을 보면서 양자우월성이 곧 달성되리라는 것은 이미 기대할 수 있었다. 구글의 양자AI랩 디렉터인 하르무트 네벤은 금년 초 ‘양자컴퓨터 성능이 이중지수적으로 매우 빠르게 발전한다’는 네벤의 법칙을 언급했고 이미 상반기에 구글이 양자우월성을 달성했다는 소문이 연구자들 사이에 언급되고 있었다.●현실로 다가온 양자기술 앞의 설명에도 양자컴퓨터가 도대체 무얼 하는 것인지 잘 이해가 되지 않는다면, 그것은 지극히 정상이다. 양자현상은 우리의 일상에서 겪는 직관과는 완전히 다르기 때문에 금방 이해했다고 생각한다면 디테일을 간과하거나 잘못 이해한 것이기 쉽다. 20세기 초 원자를 설명하기 위해 태동한 양자역학은 수학적으로 완벽하고 매우 아름다운 이론으로 자연현상을 완벽하게 설명하며 수많은 혁신을 가져왔다. 하지만 그 내용이 우리의 직관과 너무나 달라서 지금 우리의 언어로 그 결과를 어떻게 해석해야 하는가는 아직도 논란이다. 그런데 양자기술이 지금처럼 눈앞의 현실로 다가오는 시대라면, 뭐 자동차를 운전하는 데 꼭 차동기어의 원리를 이해하거나 그런 것이 있다는 사실조차도 알 필요는 없지 않을까 하고 여길 수도 있겠다. 하지만 그와 동시에 만약 당신이 자동차를 개발·제작하는 사람이라면 차동기어의 원리나 유체역학을 매우 잘 알고 있어야 하지 않을까 싶은 그런 시점인 것이다. 전 세계가 지금 양자기술에 열광하고 투자하는 이유는 단기간에 무언가 만들어내기 위한 것이라기보다는, 이 기술이 지금의 기술 패러다임 전반을 완전히 바꾸는 기술이기 때문이다. 양자컴퓨터가 현재 슈퍼컴퓨터의 연장선상에 있는 것이 아니듯이, 양자기술은 지금의 기술을 극한까지 개발하면 되는 기술이 아니라 시작부터 개념부터 완전히 다른, 새로운 패러다임이다. 그래서 지난해 말 시작된 미국 정부의 양자 이니셔티브에서는, ‘양자-스마트’(quantum-smart)한 인력을 어릴 때부터 키우는 일을 중요하게 다루고 있다. 즉 뼛속까지 양자역학의 개념을 체득한, 중첩이나 얽힘에 대해서 열심히 설명하지 않아도 그냥 자연스레 체험으로 알고 있는, 그런 인력이 있어야 다가오는 기술 패러다임 시프트를 선도할 것이라는 점이다. ●비트코인에는 앞으로 상당기간 영향 없을 것 예전에는 원자 세계에서 일어나는 양자역학을 말과 글로써 열심히 설명해야 하는 상황이었다면, 지금은 완전히 양자역학적으로 동작하는 머신, 즉 양자컴퓨터가 일반 대중에 공짜로 공개되어 있는 상황이다. 실제 학생들과 양자컴퓨터에서 코딩을 조금만 해보면, 앞에서처럼 중첩이니 얽힘이니 열심히 설명하지 않아도 그것이 어떤 것이란 것을 금방 습득한다. 구글의 양자컴퓨터 팀을 이끌고 있는 존 마르티니스 박사는 세계 최고 수준의 물리학자이지만 항상 자신을 양자 엔지니어라고 부른다. 우리 눈앞에서 작동하는 양자머신을 만드는 사람이란 의미이다. 이제는 양자역학을 실생활에서 직접 체험하는 시대가 다가온 것이다. 양자우월성에 대한 소식이 전해진 그날, 비트코인 가격은 급락했다. 결론부터 말하면 양자컴퓨터는 당장, 그리고 앞으로도 한참 동안, 비트코인에 전혀 영향이 없다. 따라서 투자자라면 그때 저가에 비트코인을 샀어야 했다. 양자컴퓨터에 대해 과장해 이해한 사례다. 양자컴퓨터 관련 기술은 앞으로도 계속 빠르게 발전해 장기적으로는 암호 해독, 중단기적으로는 신약이나 신물질 개발 등의 응용분야에 도움을 줄 것이다. ●양자컴퓨터 시대 무얼 준비할 것인가 그러나 양자컴퓨터가 어떤 중요한 일을 해 줄지, 하드웨어가 어디까지 개발이 될지는 아직은 잘 모르는 열린 문제이다. 양자컴퓨터의 성능이 계속 향상되면서, 각 단계의 성능에 맞는 활용이 이루어질 것으로 예측할 뿐이다.그래서 지금을 NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum)시대라고 부른다. 몇 가지 분명한 것은 있다. 양자컴퓨터는 매우 비싸고 덩치가 큰 물건이다. 따라서 앞으로도 양자컴퓨터는 클라우드 형태로 운영될 것이다. 현재의 컴퓨터는 앞으로도 지금의 역할을 충실히 수행할 것이며, 양자컴퓨터는 현재의 컴퓨터가 지금까지는 아예 못했던 문제들을 새롭게 해결해 줄 것이다. 무엇보다 자명한 것은, 양자기술은 진입장벽이 매우 높은 기술이라서 미리미리 준비하고 대비해야 한다. 그것은 단지 투자의 규모를 늘리는 문제가 절대 아니다. 영화 ‘타짜’에서 정마담이 말하지 않았던가 “호구는 밑천이 적어서 돈을 잃는다고 생각한다.” 그보다는 게임을 잘하는 실력 있는 ‘양자-스마트’ 플레이어를 길러내는 것이 승리의 핵심이다. 사람이 전부다. 정연욱 한국표준연구원 연구원■ 정연욱 연구원은 필자 정연욱 연구원은 한국표준연구원 소속으로 서울대 물리학과를 나온 뒤 모교에서 석박사를 마쳤다. 독일 율리히연구소 연구원(1997)과 서울대 연구원(1999-2002), 미국 상무부 표준기술연구소인 NIST Boulder 연구원(2002-2005)을 거쳐 2005년부터 한국표준과학연구원 양자기술연구소에서 일하고 있다.

구글이 슈퍼컴퓨터로 1만년 걸리는 연산을 단 200초(3분 20초)만에 해결할 수 있는 퀀텀 컴퓨터 기술을 개발하고 있다고 주장했다.23일(현지시간) CNN에 따르면 구글은 블로그와 과학전문지 ‘네이처’ 관련 기사를 통해 이른바 ‘퀀텀 지상주의’로 불리는 중대 발견에 대해 소개했다. 퀀텀 컴퓨터의 ‘프로토타입’(상품화 전 기본 모델)이 될 수 있는 이번 연구 결과는 그동안 연산 영역에서 세계 최고 수준의 슈퍼컴퓨터가 발휘해온 능력을 혁신적으로 뛰어넘는 수준이 될 전망이다. 퀀텀 컴퓨터는 말 그대로 양자역학 이론에 기반한 연산을 수행하는데, 모든 연산값을 0과 1 두 가지로 대응하게 한 다음 ‘큐비트’라고 불리는 퀀텀 비츠로 바꿔 연산을 실행하는 개념이다. 양자 역학의 세계에서는 서로 다른 상태가 중첩된 값이 존재한다. 무조건 0이 아니면 1의 값을 갖는 기존 컴퓨터와의 차이점이다. 0이나 1일 수도 있고 동시에 0이나 1 어느 쪽도 확정 지을 수 없는 상태일 수 있다는 얘기다. 개별 큐비트가 표현할 수 있는 상태가 늘어난 만큼 연산 능력도 기하급수적으로 향상된다. 일반 컴퓨터보다 연산 속도가 빠른 이유다. 구글은 현재 어느 정도는 오류를 수반할 수 있는 퀀텀 컴퓨터를 최대한 이른 시일 내에 개발해 시험할 예정이라고 CNN은 전했다. 구글은 블로그에 “필수적인 연산 능력을 성취하는 데는 수년간의 엔지니어링과 과학적 작업이 뒤따라야 한다”며 “하지만 우리는 보다 명확히 하나의 길을 보고 있고, 앞으로 전진하려고 시도하고 있다”는 글을 올렸다. 순다르 피차이 구글 최고경영자(CEO)는 MIT 테크놀로지 리뷰와의 인터뷰에서 “(인류의) 첫 번째 비행기는 단 12초만 날았다”면서 “물론 아직 그것을 실제로 적용할 단계는 아니지만, 어쨌든 그렇게 날 수 있다는 가능성을 보여줬다”라고 말했다. 그러나 경쟁업체들과 일부 컴퓨팅 전문가들은 구글이 주장하는 퀀텀 컴퓨터의 능력에 의구심을 표시하고 있다고 CNN은 전했다. 구글과 함께 퀀텀 컴퓨터 개발을 선도해 오던 라이벌인 IBM은 블로그에 “구글이 연산 작업의 난도를 지나치게 과대 평가했다”면서 “슈퍼컴퓨터로 1만년 걸린다는 연산 작업은 실제로는 2.5일이면 해결될 수 있는 수준”이라고 반박했다. 김규환 선임기자 khkim@seoul.co.kr

반감기가 1시간인 방사성 물질과 독가스가 들어 있는 상자 속에 있는 고양이는 1시간 뒤 살아있을까, 죽어있을까. 양자역학의 파동방정식을 만들어 낸 물리학자 슈뢰딩거가 고안한 사고 실험인 ‘슈뢰딩거의 고양이’는 양자역학의 불확실성을 보여주는 대표적인 사례이다. 양자역학에 따르면 우리 눈에 보이지 않는 물질인 원자, 분자, 양자 등이 존재하는 미시세계에서는 관측하는 행위가 측정 대상에 영향을 미친다. 이 때문에 정밀한 실험을 할 때는 문제가 될 수 있다. 그런데 한-미 공동연구진이 이런 양자역학적 딜레마를 극복하고 단일 원자의 정확한 사진을 촬영할 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다. 미국 IBM 알마덴연구센터, 한국 기초과학연구원(IBS) 양자나노과학연구단, 이화여대 물리학과, 영국 옥스포드대 물리학과 공동연구팀은 양자역학 원리를 이용한 주사터널링현미경(STM)을 이용해 개별 원자의 전자기적 상태를 측정하고 제어하는 실험에 성공하고 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 25일자에 발표했다.연구팀은 산화마그네슘(MgO) 표면 위에 티타늄(Ti) 원자를 올려놓고 STM으로 관찰했다. 티타늄 원자는 스핀 상태가 두 가지만 갖고 있기 때문에 다른 원자들에 비해 실험하기가 쉽다는 장점이 있다. 고체 표면 위에 있는 티타늄 원자를 관측할 때는 STM에서 마이크로파를 연속적으로 투사시켜 나오는 스핀정보를 측정하는데 두 종류의 스핀 상태 밖에 없음에도 불구하고 양자역학적 특성상 스핀을 원하는 방향만큼만 바꾸거나 특정 방향에서 멈추게 하는 것은 쉽지 않다. 관찰이라는 행위 자체 때문에 스핀 모양이 끊임없이 바뀌기 때문에 정확한 관측이 사실상 어렵다는 설명이다. 이에 연구팀은 마이크로파를 연속적으로 투사시키는 것이 아니라 나노초 단위로 끊어서 티타늄에 쏘는 방식으로 스핀 상태를 제어하고 측정했다. 그 결과 연속 투사방식에서는 할 수 없었던 티타늄 원자의 스핀을 원하는 상태로 설정하는 것이 가능해졌다. 이번 기술은 원자 스핀 제어능력이 더 높아진 만큼 측정 자체가 주는 영향에 신경쓰지 않고도 정밀한 미시세계 관찰을 가능케 해줄 뿐만 아니라 스핀 기반 양자컴퓨터에 정보를 저장할 때도 여러 큐비트(양자컴퓨터의 정보처리 단위)를 통제할 수 있어 정보처리 능력을 높일 수 있게 된다. 안드레아스 하인리히(이화여대 물리학과 석좌교수) IBS 양자나노과학연구단 단장은 “이번 연구결과는 물질 표면 위 원자의 양자 시스템을 제어하는데 중요한 단초를 마련했다는데 의미가 크다”라며 “이번 기술을 활용하면 양자컴퓨터의 정보저장 단위인 큐비트에도 활용이 가능해 양자컴퓨터의 상용화를 앞당길 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

귀여운 고양이 한 마리가 밖에서는 절대 볼 수 없는 완전히 밀폐된 상자 속에 갇혀 있습니다. 상자 안에는 치명적인 독약인 청산가리가 담긴 병이 있습니다. 독극물 병 위에는 망치가 있고 망치는 방사능을 측정하는 가이거 계수기와 연결돼 있습니다. 방사능이 감지되는 순간 망치가 떨어져 병은 깨지고 청산가리 가스가 흘러나와 고양이는 죽게 됩니다. 상자 안에는 시간당 50%의 확률로 핵붕괴하는 우라늄도 들어 있습니다. 한 시간 뒤 우라늄이 붕괴되면서 방사능을 내뿜어 가이거 계수기를 작동시킬 확률이 50%라는 말입니다. 한 시간 뒤 상자 속 고양이는 어떻게 됐을까요. 정답은 ‘상자를 열기 직전까지는 살아 있거나 죽어 있는 상태가 섞여 있으며 상자를 여는 순간 양자 상태가 무작위로 바뀌어 죽거나 살아 있게 된다’입니다. 상식적으로 도저히 이해할 수 없는 이 설정이 바로 물리학과, 화학과 학생들을 멘붕에 빠뜨려 양자역학을 포기하게 만든다는 ‘슈뢰딩거의 고양이 역설’입니다. 지난해 세상을 떠난 영국의 물리학자 스티븐 호킹마저도 ‘누군가 슈뢰딩거의 고양이 이야기를 꺼낸다면 난 조용히 총을 빼들 것’이라고 말했을 정도입니다. 독일 물리학자 베르너 하이젠베르크가 만든 불확정성 원리는 간단히 말하면 원자나 분자 같은 미시세계에서는 입자의 위치와 운동량을 둘 다 정확하게 측정할 수 없다는 것입니다. 하나를 측정하는 동안 다른 하나가 변해 버리기 때문이라는 것입니다. 고전물리학에서와 달리 입자의 물리적 상태를 확률적으로만 설명할 수밖에 없다는 것이지요. 오스트리아 물리학자 에르빈 슈뢰딩거는 파동방정식을 만들어 양자역학을 완성했다는 평가를 받았지만 양자역학의 확률론적 해석을 도저히 받아들일 수 없었습니다. 그래서 양자역학의 확률론을 논박하기 위해 만들어 낸 사고 실험이 바로 ‘슈뢰딩거의 고양이 역설’이었습니다. 그런데 미국 예일대 응용물리학과, 예일양자연구소, IBM 왓슨연구센터, 뉴질랜드 오클랜드대 광자·양자기술센터, 프랑스 컴퓨터과학연구소(INRIA) 공동연구팀이 큐비트로 알려진 양자 정보를 포함한 인공원자를 이용해 양자도약을 사전 예측할 수 있는 시스템을 만들어 냈습니다. 오랫동안 양자역학을 지탱해 온 양자중첩과 예측불가능성이라는 개념을 뒤집었다고 평가를 받는 이번 연구 결과는 세계적인 과학저널 ‘네이처’ 6월 4일자에 실렸습니다. 양자도약은 원자 내부에서 전자가 불연속적으로 궤도를 움직이는 현상입니다. 전자가 어느 위치에 있을지는 확률적으로 알 수밖에 없기 때문에 언제 어떻게 양자도약이 일어나는지를 예측하는 것은 불가능한 일이었습니다. 연구팀은 알루미늄 상자에 둘러싸여 있는 초전도 인공원자에 마이크로파를 쪼인 뒤 ‘이중 간접 모니터링 방식’으로 인공원자를 관찰하는 동시에 양자도약을 예측해 내는 데 성공한 것입니다. 이번 기술은 양자컴퓨터를 개발할 때 정보를 포함하는 큐비트를 손쉽게 제어할 수 있게 해 양자 데이터를 안정적으로 관리할 수 있게 해줄 것으로 기대되고 있습니다. 이번 연구에서도 볼 수 있듯이 과학에서는 깨지지 않을 것 같은 이론도 끊임없는 연구를 통해 새로운 사실이 밝혀져 뒤집힐 수 있습니다. 20세기 초 물리학사에서만 보더라도 과학자들이 상대편과 끊임없는 사고 실험과 논쟁을 통해 현대물리학을 만들었습니다. ‘우리는 맞고 너희는 틀리다’는 언행을 보이면서 ‘과학적, 합리적 태도와 사고방식’을 입에 올리는 것은 정말 웃기는 일입니다. edmondy@seoul.co.kr