양자컴퓨터 시리즈 57) 기술혁명의 폭발점 양자컴퓨팅 — 텅쉰왕(腾讯网) 제공

시장연구회사 IDC가 예측하길, 2023년이 되면 <포춘>지 세계 500강 기업 중 25%의 기업이 양자컴퓨팅으로부터 더 많은 경쟁 우위를 획득할 것이라고 했다.

현재 양자컴퓨팅의 응용사례가 아직 부족한 상황에서 이것은 대담한 예측이다. 그러나 대량의 산업 활동이 IDC 예측을 지지한다. 사실상 올해초 미국 소비 가전 전시회에서 최대 이슈가 된 것은 최신 스마트폰이 아니라 웨어러블 기기나 자율주행 기술등 양자물리학 영역에 기반한 전례없는 컴퓨팅 능력이었으며, 아인슈타인이 이미 묘술했던 “spooky action at a distance”이었다.

비록 양자역학 원리의 응용이 아직 어떤 전지구적 문제도 해결하지 못했지만 (예를 들어 코로나 19 등), 각 영역에서 병목현상을 돌파하고자 할 때, 양자역학의 잠재력은 무한하다. (양자컴퓨팅이나 양자의학 등) IBM은 양자전하의 소수기술을 선도하는 거두 중 하나이며, IBM QStart주관Katie Pizzolato는 미래 10년은 양자컴퓨팅의 성공적 운용의 시대가 될 것이라고 여긴다.
Pizzolato은 현재 가장 중요한 것은 양자 과학기술이 대중을 향해 있는 것이며 영원히 실험실 연구에 머물러 있는 것이 아니라고 말했다. 그녀는 국제 소비 전자상품 전시회(CES)에서 “우리는 양자기술을 실험실에서 현실 세계로 끌어 내오길 바란다.”고 말했다. 

구글, 마이크로 소프트, D-Wave와Rigetti등의 회사도 양자기술을 향해 발전하길 갈망한다. IDC의 최신 보고서<양자컴퓨팅 사용 추세:2020년 조사 결과>에 따르면 이 기술은 쾌속발전 중이다.

520명의 IT와 비즈니스 라인 전문인사의 피드백에 근거하면, 양자컴퓨팅의 예산과 실시는 미래 18~24개월 내 성장할 것이다. IDC가 조사한 모든 인터뷰 응답자 중 절반이 양자컴퓨팅에 배치하는 자금이 2019년 연도 IT기초구조의 0~2%지만 미래 24개월 중에는 7~10%를 차지할 것이라고 했다.10000여명 직원을 보유한 회사 입장에서 성장에 지출하는 것이 더 뚜렷해지고 있다. 절반이 넘는 인터뷰 응답자가 미래2년간 양자기술에 지출하는 것이 9%에서 14%가 될 것이라고 했다.

IDC조사에 응한 사람들은 그들의 관심 중점 사항을 명확히 했다. 65%의 응답자가 클라우드에 기반한 양자컴퓨터를 사용하거나 사용할 계획이 있다고 했고, 그 다음은 45%의 사람이 양자컴퓨팅을 사용하거나 사용할 계획이 있다고 했다. (시뮬레이션, 최적화, 인공지능, 머신러닝과 딥러닝 포함). IDC조사에 따르면 상위 순위 5위 내에는 아직도 양자네트워크(44%), 양자컴퓨팅 혼합(40%)과 양자암호학(33%)이 있다.

IDC조사 응답자는 클라우드에 기반한 양자컴퓨팅에 매우 관심을 가졌으며 탐색하고자 하는 갈망을 가져 향후 18~24개월 이내 이 기술에 대한 테스트를 시작할 계획이라고 했다.

기업은 왜 양자컴퓨팅에 대한 투입을 늘리려 하는가? West는 현재의 중점은 어떻게 공정을 최적화하느냐이며 미래에 양자기술이 ‘어떻게 기후변화와 질병 치유에 대응할 것인가’와 같은 더 복잡한 문제를 해결하는데 쓰일 것이라고 했다.

IDC조사 응답자가 계획하는 양자컴퓨팅 용도 리스트
West가 밝힌 것처럼 양자컴퓨팅은 도전이 없는 것이 아니다. IDC는 복잡한 기술, 기능제한, 응용 자원의 결핍, 비용, 보안성, 공급업체 간의 데이터 전송이 양자컴퓨터를 구현하는데 장애가 된다고 지적했다. 이러한 많은 도전 앞에 양자기술 프로젝트를 지원하는 공급업체를 선택할 때 대기업은 IDC조사 중 주도적 위치를 차지한다. 구글이 선두에 있고 37%의 응답자가 첫번째 공급사로 들었으며, 그 다음은 마이크로 소프트(32%), IBM(27%), 인텔(23%)다.

양자컴퓨팅 이해하기
양자컴퓨터가 전통컴퓨터 보다 강대한 원인은 양자컴퓨팅이 이진법제(즉 1또는 0)에 의존하여 큐비트를 사용하는데 있다. 큐비트는 더 많은 데이터를 처리할 수 있게 하고, 그들이 동시에 1과 0의 무수하게 가능한 조합(중첩이라 칭하는) 중에 존재할 수 있으며 대량의 결과를 처리할 수 있기 때문이다.

중첩 외에 쌍을 이루는 큐비트도 ‘얽히게’ 될 수 있다. 이러한 얽힘은 양자컴퓨팅을 더 강하게 만들어 준다. 사람들을 놀라고 감탄하게 하는 것이 그것이 어떻게 작업하거나 왜 작용을 일으키는지 아무도 알지못하는 것에 있다. 이것은 아인슈타인이 왜 “spooky action at a distance”이라 묘술했는지 설명해준다.

전통컴퓨팅에서 비트 수를 두 배로 늘리면 컴퓨팅 성능이 두 배가 된다. 그러나 얽힘으로 인해 큐 비트를 더 추가하면 처리 능력이 두 배가 된다.

만약 처리 능력의 잠재력이 큐비트의 장점이라면, 그 취약성이 단점이다. IBM의 Pizzolato는 다음과 같이 말했다: "모든 큐 비트가 같은 것은 아니다." 큐비트는 예측할 수 없으며 쉽게 환경 소음에 영향을 받아 발생하는 오류에 취약하다. 오류가 발생한 후 1 또는 0의 이진 상태로 복원되므로 컴퓨팅이 오류없이 실행되는 시간이 길 수록 컴퓨팅량이 더 커진다. 따라서 Pizzolato는 현재 목표는 "오류를 막는 것"이라고 말했다.

이러한 오류는 얼마나 보편적인가?
온도나 진동의 약간의 변동은 소위 "분리성(decoherence)"을 유발할 수 있다. 또한 일단 큐비트가 분리되면 컴퓨팅은 실패할 수 있고 반드시 다시 실행해야 한다. 따라서 양자 컴퓨터는 외부 간섭이 없는 환경에 배치된다.
Pizzolato는 “50 큐비트 양자 컴퓨터는 기존의 모든 슈퍼 컴퓨터의 존재를 능가한다”고 말했다. IBM은 작년 가을 53 큐비트 시스템인 14 번째 양자 컴퓨터를 발표했다.

양자기술의 발전
일반적으로 기능격차가 하나의 도전이다. 연구주관 겸 IDC보고서의 저자 중 한 명인 Peter Rutten은 알고리즘과 응용 프로그램의 개발은 3가지 다른 각도에서 전개될 것이다.

양자컴퓨팅에 흥취를 지닌 개발인원은 물리학 배경을 지닌 개발인원과(물리학 작업이 많지 않기 때문) 고성능 컴퓨팅 조작에 종사한 개발인원이다. “이것은 HPC알고리즘에서 양자기술로의 과도기 작업이다.”라고 Rutten은 말했다.
한편으로 Google, IBM과 기타 기업은 양자의 우세를 실현하려고 투쟁하는 듯하다. (예: 양자컴퓨팅이 전통컴퓨팅보다 더 빠르게 해결하는 프로세스나 양자컴퓨팅이 전통컴퓨팅으로 해결할 수 없는 프로세스를 해결하는 것) 사실상 IBM은 최근53 비트 컴퓨터가 양자 우위를 달성하기 위해 사용되었다는 Google의 주장을 공개적으로 반박했으며, 그 연구원들은 Google이 슈퍼 컴퓨터의 자원을 충분히 평가하지 못했다고 판단했다. 이 기사는 작년 10 월에 IBM Research 블로그에 게시되었다.

IBM양자컴퓨팅 블로거는 “양자시스템 건립은 과학과 공학 사이의 하나의 위업이며 이를 벤치마킹하는 것은 거대한 도전이다. Google의 실험은 초전도 기반 양자 컴퓨팅 기술의 진보를 잘 보여준다. 53 비트의 설비가 보유한 선진성과 안정성을 보이지만, 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터에 비해 모든 우세를 지녔다는 것을 입증한다고 보아서는 안된다. "
다른 한편으로 IDC의 Rutten은 비록 최고 공급 업체가 양자 시장에서의 위치를 놓고 경쟁하고 있는 것처럼 보이지만 이는 경쟁 업체 간의 직접적인 경쟁이 아니라고 말했다. 이는 매우 비교하기 어렵다. 그들은 서로 다른 방식으로 측정할 것이기 때문에 아무도 최고 리더를 말할 수 없다. 양자로 강약을 판단하는 것은 어리석은 일이다.
IDC의 West는 양자 발전이 개발자 커뮤니티와 기술 합작 파트너로부터 나올 것이라고 동의했다. 답변이 하나에 그치지 않을 수 있으므로 이것은 경쟁이 아니다.
Pizzolato는 구글, IBM, 마이크로 소프트와 같은 회사의 전폭적인 지원에도 불구하고 양자 기술 적용에 있어 획기적인 시기가 언제일지는 아무도 모른다고 말했다.