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양자 컴퓨터
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양자컴퓨팅의 발전이 무슨 도움이 될까? 바이오회사 교수: 백신개발이 단지 며칠이면 완성 — 환구Tech(环球Tech) 제공

출처:KIC China 발표 시간:2020-06-25 15:48:54 조회 수:
발표 시간:2020-06-25 15:48:54

사진 1) 출처: Pixabay
병이 되기 전에 더 빠르게 바이러스를 식별하고 영향을 감소시켜야 한다는 것을 증명하고 있다. 

사진 2) 출처: 환구Tech(环球Tech)
왜냐하면 오늘날의 전지구에서 바이러스의 전파는 그 어느 때보다 더 빠르고, 더 멀리, 더 빈번하게 되고 있다. 바이오공학 기업가인 Noor Shaker 교수는 일단 양자 컴퓨팅 혁신이 이루어지면 며칠 내에 새로운 백신이나 약물의 개발이 완성될 수 있다고 여긴다.

만약 코로나19바이러스가 인류에게 무엇인가를 가르쳤다면, 그것은 1918 년 스페인 독감 폭발이후 인류가 유행병을 식별하고 치료할 수 있는 능력을 비록 크게 향상시켰음에도 불구하고 여전히 개선의 여지가 남아 있다는 것이다. 지난 수십 년 동안 인류는 빠른 탐지 기능을 개선하는 데 거대한 진보를 이루었다. 코로나 19바이러스의 외부 단백질을 "뚫고" 신기술을 사용해 그려내는 데 단지 12 일밖에 걸리지 않았다. 그러나 지난 세기 1980 년대에는 비슷한 구조의 에이즈 바이러스 (HIV) 분석에 4 년이나 걸렸다.

바이오공학 기업가인 Noor Shaker 교수는 현재의 약물 연구 개발 과정 중의 중요한 한가지 문제를 강조했다: 바로 고도로 경험에 의존하는 것이다. 분자 제조를 하고 난 후에는 이를 테스트해야 하며, 그 효과를 미리 정확하게 예측할 수 없다. 테스트 과정 자체는 길고 지루하며 번거롭고, 더구나 미래의 합병증을 예측하지 못할 수 있다 분자가 대규모로 배치될 때에만 결론을 도출할 수 있어 약물 연구개발 분야에서 비용대비 이익율이 크게 줄어든다. 인공 지능/기계 학습 도구가 이미 모종의 과정에서 개발과 배치를 최적화했지만, 그것의 프로세스에서 핵심적인 임무 상에서의 효율은 제한적이다.

이상적인 상황아래, 시간과 비용을 줄이는 좋은 방법은 인류가 현재 진행하고 있는 비싸고 시간 효율이 낮은 연구 개발과 테스트 과정을 컴퓨터 시뮬레이션 환경으로 옮기는 것이다. 오늘날 인류는 이미 분자 데이터베이스를 획득할 수 있다. 만약 인류가 무제한의 컴퓨팅 능력을 지닌다면, 간단히 이들 데이터베이스를 스캔하여 매 분자가 코로나19 바이러스 치료 또는 백신에 사용될 수 있는지 계산할 수 있다. 우리는 이러한 분자를 시뮬레이션 환경에 입력한 다음 화학 공간을 선별 선택하면 문제에 대한 해결책을 찾을 수 있다.
 

사진 3) 출처: Pixabay
만약 전통적인 컴퓨터 사용을 고집한다면, 인류는 영원히 이 목표를 달성할 수 없다. 왜 양자 컴퓨터가 분자를 시뮬레이션하는 측면에서 기존 컴퓨터보다 훨씬 나을까?

전자는 일종의 강렬한 상관 관계를 가진 방식으로 분자 중에 확산되며, 매 전자의 특성은 주변 전자의 특성에 크게 좌우된다. 이러한 양자 연관 (또는 얽힘)은 양자 이론의 핵심이므로 고전적인 컴퓨터를 사용해 전자를 시뮬레이션하기가 매우 까다롭다.

코로나 19 바이러스의 "팽출(evagination)"단백질에는 수만 개의 원자가 포함되어 있어 기존의 컴퓨터가 완전히 대응하기 어렵다. 단백질의 크기로 인해 오늘날 가장 강력한 슈퍼 컴퓨터를 사용하더라도 고전적인 시뮬레이션 방법을 사용하여서는 정확하게 시뮬레이션하기가 어렵다. 비록 화학자와 제약 회사는 슈퍼 컴퓨터를 사용하여 분자를 단백질로 시뮬레이션하지는 않지만 (비록 그렇게 큰 단백질은 없지만), 그들이 현재 사용할 수 있는 것이 매우 거친 분자 모형이기에 이러한 모형은 완전한 시뮬레이션의 세부 사항을 포착할 수 없고 따라서 추정에 거대한 오류가 존재하게 된다.

단백질 크기의 분자를 시뮬레이션하기에 충분한 양자 컴퓨터를 제조해내는데 수십 년이 걸릴 수 있다. 그러나 그러한 컴퓨터가 출현할 때, 그것의 의미는 제약과 화학 산업의 운영 방식에 철저한 변혁이 생길 수 있다는 것이다. 

수십 년 후, 적합한 기술을 통해 인류는 전체 프로세스를 컴퓨터 시뮬레이션 속으로 전송할 수 있고, 인류는 놀라운 속도로 결과를 얻을 수 있다. 새로운 전염병이 발생하면 과학자들은 며칠 내에 잠재적인 백신이나 약물을 식별하고 개발할 수 있다.

이러한 모든 꿈을 실현하려면 양자 컴퓨팅을 일종의 기술로 삼아 발전 진행에 지속적으로 투자해야 한다. Shohini Ghose 교수는 2018 년 Ted 연설에서 다음과 같이 말했다: "전구의 출현은 양초 제조 기술이 점점 더 좋아지고 있지 않기 때문이 아닙니다. 전구는 일종의 더 심층적인 과학적 이해에 기반한 다른 기술입니다. 오늘날의 컴퓨터는 현대 기술의 기적이며, 인류의 진보에 따라 부단히 향상될 것이지만, 기존의 컴퓨터가 아무리 강력해도 약물 연구 개발에서 만나는 문제를 해결할 수는 없습니다. 여기에는 더 적합한 임무의 신기술이 필요합니다——바로 양자 컴퓨팅입니다. "