양자 컴퓨터는 반드시 온다..암호·기후·교통 영향 계산에 쓰일 듯

불가능으로 여겨졌던 ‘양자 컴퓨터(Quantum computer)’가 새로운 방식의 컴퓨터로 주목받고 있다. 빅데이터가 사회 전반에 활용되면서 방대한 데이터를 효율적으로 처리하는 컴퓨터 수요도 늘고 있기 때문이다.

비트는 양 점에서만 작업을 처리하는 반면 큐비트는 동시다발적으로 처리할 수 있다. / 김종형 인턴기자

미국 경제지 포브스는 4일(현지시간) ‘양자 컴퓨팅이란? 모두를 위한 쉬운 설명(What is Quantum Computing? A Super-Easy Explanation For Anyone)’이라는 기고문을 싣고, 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터로 풀 수 없던 문제를 해결할 수 있다고 설명했다.

기존 컴퓨터는 트랜지스터를 늘리는 방식으로 성능을 개선해 왔다. 기고자인 버나드 마(Bernard Marr) 빅데이터 전문가는 “더 세밀화된 공정기술을 개발해 트랜지스터를 늘리는 것은 해답이 아니다”라며 “현재 나노 단위 공정 트랜지스터가 더 작아져 원자 크기에 가까워지면 한계점에 도달한다"고 말했다.

양자 컴퓨터는 0과 1을 한 번에 나타낼 수 있는 큐비트(Qubit)라는 양자 비트를 사용한다. 큐비트는 00, 01, 10, 11 등 상태가 중첩될 수 있어 복잡한 작업을 빠르게 처리할 수 있다. 큐비트가 늘수록 양자 컴퓨터의 연산속도는 기하급수적으로 증가한다. 큐비트 2개는 동시에 4개(2의 2제곱) 상태를, 큐비트 4개는 동시에 16개(2의 4제곱) 상태를 나타낼 수 있다.

반면 현재 기존 컴퓨터는 0과 1로 이뤄진 비트(Bit) 기반으로만 문제를 해결한다. 한 비트에 여러 정보를 동시에 담을 수는 없어 정보 처리속도에 한계가 있다. 비트를 담은 트랜지스터 수를 늘리는 방법도 마찬가지로 언젠가 한계에 봉착하게 된다.

버나드 마는 큐비트의 개념을 설명하기 위해 ‘구(球)’를 묘사했다. 현재 컴퓨터에서 사용하는 비트는 구 양쪽 끝에만 존재하지만, 큐비트는 임의로 한 점에 존재할 수 있다. 이 때문에 양자 컴퓨터는 지금 컴퓨터보다 많은 정보를 저장하면서도 에너지 소모량이 적다.

그는 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터를 완전히 대체하기보다는 보완할 것으로 예상한다. 양자 컴퓨터는 복잡한 데이터를 처리하는 데 최적화돼 암호 해독, 기후변화나 교통상황 예측 등 대규모 데이터가 필요한 문제 해결에 효과적일 것으로 보고 있다. 기존 컴퓨터에서 간단히 해결될 문제를 양자 컴퓨터는 더 많은 데이터를 다뤄 복잡하게 처리할 수 있다.

미국 반도체 산업협회(Industry Association) 보고서는 인류가 2040년까지 전 세계 모든 기계에 전원을 공급할 역량을 갖추지 못할 것으로 보고 있다. 기존 컴퓨터의 경우 동시처리가 불가능해 에너지 소모량이 많기 때문이다.

버나드 마는 “컴퓨터 업계에서도 이런 문제를 인식하고 있다”며 “IBM과 구글도 양자컴퓨터에 투자해 양자 컴퓨터 대규모 운용 경쟁에 뛰어들고 있다”고 주장했다.

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