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양자컴퓨터가 최초로 슈퍼컴퓨터 능가 ‘양자컴퓨터’시대 개막인가? - 광저우일보 제공

출처:KIC China 발표 시간:2019-10-11 20:58:00 조회 수:
발표 시간:2019-10-11 20:58:00
 

그림 1) 출처: 광저우일보.

그림 2) 출처: 광저우일보. 칩사진
기술프론티어
미국 Google 연구원들은 최근 NASA (National Aeronautics and Space Administration) 공식 홈페이지에 논문을 발표했다. 그들이 연구한 양자 컴퓨터는 현재 세계에서 가장 빠른 슈퍼 컴퓨터 (슈퍼 계산) ‘Summit’이 1 만년을 들여 완성하는 계산을 3 분 20 초만에 완료할 수 있다고 한다.
구글은 이것을 양자 컴퓨터 발전에서 중요한 이정표라고 칭하며 자신들이 ‘양자 패권’을 이미 성공적으로 달성했다고 주장했다. 그러나 이 ‘첫 번째’는 논란으로 가득차 있다. NASA의 공식 웹 사이트는 그 후 이 논문을 삭제했으며, 이 연구는 동종업계의 검토를 거치지 않았으며 잘못된 발표일 수도 있다고 말했다. 라이벌 IBM은 이 시스템은 전문적으로 단일 문제를 해결하도록 특별히 설계된 하드웨어이고 통용되는 컴퓨터가 아니라고 말했다. 이것이 최초인지 아닌지 여부에 관계없이, 연구원들의 보편적인 인식은 양자 컴퓨터가 실제 문제를 해결하기까지 아직 몇 년이 소요된다고 여긴다.
양자우월성을 보여주는 컴퓨터
이 논문의 제목은 ‘프로그래밍 가능한 초전도 프로세서의 양자 이점 사용’이며 Google이 소개한 최초는 단지 양자 프로세서에서만 수행할 수 있는 계산이었다. 영국 언론은 이 논문이 삭제되기 전 사본을 보관했다며 ‘우리가 아는 한, 이 실험이 뜻하는 최초는 단지 양자 프로세서에서만 진행할 때의 계산’이라고 논문에 써져 있다고 말했다.
영국 매체의 20 일 보도에 따르면, 구글의 양자 컴퓨터는 Sycamore이라고 명명하며 54 개의 초전도 큐비트가 있고, 측정시기 중 작동하는 초전도 큐비트는 53개였다. 계산 작업은 ‘기계가 임의로 발생한 숫자의 랜덤성 증명’이었다.
보도에 따르면 Sycamore는 3 분 20 초 만에 위에 상술한 계산을 완료할 수 있으며, 세계에서 가장 빠른 전통적인 슈퍼 컴퓨터 ‘Summit’는 동일한 문제를 해결하는데 약 1만년 이 필요하다. 이것은 전통적인 컴퓨터가 이것을 계산할 수 없고 Sycamore가 양자 우세를 증명하는 최초의 컴퓨터가 되었음을 의미한다.
실제 문제를 해결하기까지 아직도 몇 년이 필요하다.
이 논문은 비록 이 컴퓨터가 ‘양자 헤게모니 실험’을 실현하고 ‘매우 기대되는 컴퓨팅 방식의 출현’을 예고했지만, 수행이 단일하고 고도의 기술 계산만 수행할 수 있으며 양자 컴퓨터 거리는 실질적으로 문제를 해결하게 되기까지 아직도 몇 년이 더 걸릴 것이라고 밝혔다.
보도에 따르면 Google은 2017 년 처음으로 양자 컴퓨터를 조립했지만, 72 개의 초전도 큐비트가 있는 시스템을 제어하기가 어려워 이 시도는 성공하지 못했다. 후에 Google과 NASA가 협력하여 양자 컴퓨터 기술을 개발했다. 오래되지 않아 Google은 54 비트로 설계된 Sycamore를 개발하여 새로운 혁신을 실현했다.
그러나 적어도 한 명의 경쟁사가 Google의 성과에 의문을 제기했다. 영국의 매체 인터뷰를 수용하여 IBM 연구소 주관 질은 양자 패권을 달성했다고 선포한 구글의 주장은 ‘완전히 잘못됐다’고 말했다. 질은 구글 시스템이 단일 문제를 해결하도록 설계된 하드웨어이며 범용 컴퓨터가 아니라고 말했다. 양자 컴퓨터 개발 경쟁에서 IBM은 Google의 최대 경쟁자이다.
양자패권
캘리포니아 공과 대학 (California Institute of Technology)의 Preskill 교수는 2012 년 ‘양자패권 (quantum hegemony)’이라는 개념을 제안했는데 바로 양자 컴퓨터가 특정 문제에서 세계에서 성능이 가장 좋은 기존 컴퓨터를 초월한다는 것이다.
양자 역학 규칙
양자 컴퓨터는 전통적인 컴퓨터와 완전히 다른 양자 역학 법칙에 기반하여 작동한다. 큐비트는 양자 컴퓨터가 사용하는 기본 정보 단위이다. 기존 컴퓨터의 비트는 0 또는 1이며, 이를 기반으로 이진 연산이 수행된다. 큐비트는 중첩이라고 하는 양자 현상을 이용하는데, 이 의미는 이것이 본질적으로 동시에 1과 0의 형태로 존재한다는 것이다.
계산방법
양자 컴퓨터의 계산상의 우세는 처리할 수 있는 정보량이 배로 증가한다는 것이다.  이상적인 상태에서 50 개의 큐비트는 한 번에 2의 50승으로 계산할 수 있으며 이는 이미 천문학적인 숫자이다.
IBM Q 시스템 1호의 크기는 밴 차량 정도
올해 1 월 소비자 가전 전시회에서 IBM은 최초의 상용 양자 컴퓨터를 발표했다. 이 컴퓨터를 ‘IBM Q System No. 1’이라고 하며 대략 밴 한 대 크기이며 클라우드 컴퓨팅을 통해 컴퓨팅 성능을 제공한다.
비록 ‘IBM Q System 1호’는 실용 컴퓨터 장치와는 아직 거리가 멀지만 업계에서는 이전 양자 컴퓨터보다 더 신뢰할만하다고 평가받는다. 양자 컴퓨팅 칩은 매우 불안정하고 열전간섭에 취약한데, IBM의 새로운 디자인은 이 간섭을 최소화했다.
일부 전문가들은 비록 Sycamore가 상술한 작업을 성공적으로 완료했을 수도 있지만, 이것은 훈련에 의해 이 작업을 완성한 것일 수 있고 기타 다른 훈련되지 않은 작업에서도 동일한 성공을 거둘 수는 없을 것이라고 말했다.
전망은 거대하고 응용범위 광범
연구원들은 양자 컴퓨터 개발에 대해 더욱 낙관적이다. ’Google은 최근 양자 패권의 달성이 이정표라고 발표했다.’ Intel양자하드웨어 주관Clarke는 “우리는 양자 컴퓨팅의 진정한 잠재력을 실현하기 위해 관련 분야의 연구를 빠르게 발전시키고, 세계와 같이 노력할 것입니다. 비록 이 분야의 기술 연구 개발 단계는 여전히 마라톤의 첫 1km에 있지만 우리는 그 잠재력을 믿습니다. “라고 말했다.
남부 캘리포니아 대학의 드어 교수도 Google 시스템을 양자 컴퓨터의 양자 비트가 서로 간섭하는 문제인 ‘혼선’ 문제를 감소했다며 높이 평가했다. “Google은 양자 컴퓨팅의 길을 보여주었다. 자신의 실수를 완전히 교정할 수 있는 양자 컴퓨터를 갖게 된다면 무한한 가능성을 보게 될 것이다.”라고 말했다.
구글은 양자 컴퓨터의 성능이 ‘이중 지수 속도’로 증가할 것으로 예상하고, 전통적인 컴퓨터는 오랫동안 무어의 법칙을 따랐으며, 이는 18 개월 정도마다 컴퓨터 성능이 두 배로 증가한다는 것을 의미한다.
연구원들은 일단 양자 컴퓨팅 기능이 개발되면, 양자 컴퓨터는 암호학, 화학, 인공 지능과 기계 학습 등 서로 다른 영역에 막대한 영향을 미칠 것으로 예상하고 있다.