새로운 기술패권 다툼의 서막.. 양자컴퓨터가 온다
[편집자주]과학계를 뒤흔든 두 마리 동물이 있다. 파블로프의 개와 슈뢰딩거의 고양이다. 슈뢰딩거의 고양이는 사실 양자 ‘중첩’(여러상태가 공존) 개념이 틀렸다는 것을 증명하기 위해 고안된 실험이었다. 당시 슈뢰딩거는 양자를 고양이에 비유해 살아있는 동시에 죽은 고양이가 어떻게 존재할 수 있냐고 역설했다. 하지만 이런 그의 노력이 무색하게 ‘슈뢰딩거의 고양이’는 오늘날 양자역학 본질의 근거가 됐다. 살아있는 동시에 죽은 고양이와 같은 상태가 기술적으로 구현된 것이다. 이러한 양자의 특성을 활용해 세상을 180도 바꿀 기술들이 몰려온다. 양자컴퓨터와 양자암호통신이다.
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기술의 발전은 더 작은 크기에 더 강력한 성능을 담은 제품을 만들어왔다. 하지만 그럴수록 반도체 속은 복잡해져 갔다. EUV(극자외선) 기술을 활용해 수 나노미터(10억분의 1미터) 단위로 공정 초미세화도 이뤄지고 있으나 앞으로 발전속도가 둔화되고 물리적 한계에 봉착할 수 있다는 우려가 제기된다. 양자역학이 지배하는 미시세계까지 공정이 미세해진 결과 전자가 트랜지스터 제어에서 벗어나는 ‘양자 터널링’ 현상도 발생해 반도체 기업들을 애먹인다.
신용녀 한국마이크로소프트(MS) NTO(최고기술임원)는 “전구로 신호를 보내는 것을 예로 들면 기존 컴퓨터는 불을 켜고 끄는 두 가지 상태 값만 있다”며 “쉽고 간편하게 정보를 전달할 수 있지만 한 번에 하나의 정보만 전달한다. 의미 있는 특정 정보를 전달하려면 모스 부호 같은 규칙에 맞춰 전구를 깜박여야 한다”고 설명했다.
이어 “양자컴퓨터는 밝기를 조절할 수 있는 전구라 더 많은 상태 값을 만들 수 있어 다양하고 복잡한 정보를 동시에 전달할 수 있다”며 “기존 컴퓨터로 10억년이 걸리는 계산식을 양자컴퓨터는 100초 내 끝낼 수 있다. 단순히 현재 성능을 뛰어넘는 것은 물론 기존에는 상상할 수 없었던 일을 실현시킬 수 있기에 양자컴퓨팅이 필요하다”고 부연했다.
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2019년 구글은 53큐비트의 양자컴퓨터 ‘시커모어’를 공개하며 현존 최고성능 슈퍼컴퓨터를 압도하는 연산속도를 가능케 하는 이른바 ‘양자 우위’(Quantum supremacy)를 처음 입증했다고 발표했다. 양자컴퓨터에 유리한 측면이 있는 수학 문제이긴 했지만 슈퍼컴퓨터로 1만년 이상 걸리는 것을 양자컴퓨터로 3분20초 만에 풀었다. 이 사건은 양자컴퓨터에 조명이 쏟아지는 계기가 됐다.
예를 들어 신약·신소재 개발에 있어 복잡한 분자구조는 많은 경우의 수를 가져 기존 컴퓨터로는 사실상 계산이 불가하다. 양자컴퓨터는 단백질 3차원 구조 분석 등에 최적화된 알고리즘으로 이를 풀어낼 수 있다. AI 학습을 위한 전력·시간도 줄어든다. AI에 특화된 양자 알고리즘으로 고속 연산이 이뤄지면서 소모 전력은 슈퍼컴퓨터의 600분의 1수준이다. 기존 컴퓨터에 많은 부하를 안기는 시뮬레이션(모의실험)이나 암호 해독, 교통·금융 서비스 등 최적화도 양자컴퓨터가 활약할 무대다.
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양자컴퓨터의 경우 현재 8큐비트 수준에서 2028년 100큐비트급 기술력 확보를 목표한다. 먼저 2024년까지 50큐비트급 한국형 양자컴퓨팅 시스템(KQIP)을 구축한다. 전문인력도 현재 150명 수준에서 2030년 1000명 규모로 확대하고 초중고 대상 양자 기초교육을 실시한다. 산학연 협력을 위해 삼성·LG·SK·포스코·한국전력 등이 참여한 협의체 ‘미래양자융합포럼’도 지난 7월 출범시켰다.
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양자컴퓨터에 쏠리는 지나친 관심에 대해 경계하는 분위기도 존재한다. 분명 미래를 좌우할 가능성을 내포한 기술이지만 아직은 투자 대비 효용성이 높지 않다. 당장 성과를 위한 투자가 자칫 낭비로 비춰지며 실망으로 이어질 수 있다는 우려다. 플랫폼 기술이 보편화되지 않고 초전도, 이온트랩 등 여러 방식이 경쟁 중인 상황이라 다양한 지원책이 고려돼야 한다는 지적도 나온다. 새싹을 틔우기 위해서는 긴 안목에서 지속적인 지원이 필요하다는 게 업계 목소리다.
정연욱 성균관대 양자정보연구지원센터장(나노공학과 교수)은 “양자컴퓨팅 분야는 장기적인 비전을 갖고 10년, 20년 뒤를 기약하며 방향을 잡아야 한다”며 “최근 10여년간 급격한 기술발전이 이뤄진 점을 고려해 앞으로는 이런 흐름과 함께 자라온 젊은 전문인력들의 목소리에 좀 더 귀 기울일 필요가 있다”고 말했다.
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팽동현 기자 dhp@mt.co.kr
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