국내 첫 양자컴, 연대서 켠다… 과학·산업 ‘미지의 문’ 열려

[한국도 양자컴퓨터 시대] [上]

지난달 25일 인천 송도국제도시의 연세대학교 국제캠퍼스 양자컴퓨팅센터. 천장에 설치된 한 변 길이 약 3m의 정육면체 유리벽 안에 원통 구조물이 설치되어 있었다. 내부 온도를 절대온도(영하 273도)에 가깝게 낮춰주는 냉각기가 포함된 IBM 양자컴퓨터다. 127큐비트(양자컴 성능의 단위) 성능으로 미국 이외 국가에 설치된 IBM의 양자컴 중 최고 성능이다. 현재 시험 가동 중으로, 오는 20일 양자컴 기동식을 열고 정식 가동에 들어간다. 정재호 연세대 양자사업단장은 “이제 한국에 양자컴 허브가 구축됐다는 의미”라며 “이를 기반으로 산업계와 협력해 양자 기술 인재 양성에도 집중하겠다”고 말했다.

연세대가 국내 최초로 100큐비트급 이상 양자컴퓨터를 도입해 운용에 들어간다. 통상 양자컴은 100큐비트 이상 성능을 갖춰야 실질적으로 연구·개발 현장에서 사용될 수 있다고 본다. 지금까지 국내에는 20큐비트 성능의 실험용 양자컴만 있었다. 이제 국내 연구진들이 고성능의 양자컴을 빠르고 편리하게 사용할 수 있게 되면서 ‘한국의 양자컴퓨터 시대’가 본격 열릴 것이란 기대가 나온다.

◇수퍼컴 1만년 연산, 몇 분 만에

양자컴은 현존 최고 컴퓨터로 불리는 수퍼컴퓨터를 능가할 것으로 기대를 모으는 꿈의 컴퓨터다. 구글의 53큐비트 양자컴퓨터는 특정 조건에서 수퍼컴퓨터가 1만 년 걸릴 연산을 200초 만에 해낸 바 있다. 이번에 연세대가 국내 최초로 도입한 127큐비트 양자컴퓨터에 대해 과학계 기대가 큰 배경이다. 특히 암호 해독처럼 대규모 병렬 연산을 필요로 하는 영역에서는 양자컴퓨터 성능이 압도적이라는 것이 대체적인 평가다. 이 경우 이론적으로는 기존 컴퓨터가 1억 년 이상 풀어야 할 문제를 양자컴퓨터로 1분 안팎에 해낼 수 있다는 이들도 있다. 다만 실제 시연으로 입증되지 않아, 상용화를 위해 더 많은 연구가 필요한 상황이다.

연세대는 양자컴퓨터를 바이오 분야에 특화해 사용할 예정이다. 정 단장은 “양자컴퓨터를 통해 약물의 구조를 예측하고, 확률이 높은 신약 후보 물질을 찾는 시간을 대폭 줄일 수 있다”고 말했다. 실제 양자컴퓨터 업계에서는 보통 10~15년이 걸리는 신약 개발 기간을 양자컴퓨터로 절반 이상 단축할 수 있을 것으로 보고 있다.

그래픽=이진영

◇ “국내 연구진, 저비용으로 신속 이용”

이날 양자컴퓨팅센터 근처에서는 건축 공사가 한창이었다. IBM 양자컴 도입과 함께 양자 관련 연구와 산학 협력 등을 총괄할 수 있는 양자사업단지(양자연구동)가 들어서는 것이다. 양자컴퓨팅센터와 양자연구동을 합치면 규모는 8500㎡(약 2570평)에 달한다. 연세대는 기업들이 이 공간에 입주해 양자컴을 사용하고, 기업 연구자와 학계 연구자가 함께 프로젝트를 진행할 수 있도록 지원한다는 계획이다. 정 단장은 “각 기업이 풀고 싶은 문제를 제시하면, 연구자들이 양자컴으로 어떻게 도움을 줄 수 있을지 기업과 함께 설계하는 형태가 될 것”이라고 말했다. 특히 연세대가 있는 송도는 삼성바이오로직스·셀트리온 등 바이오 기업과 병원이 밀집해 국내 바이오 산업에 시너지가 날 것이란 기대가 나온다.

국내 연구자들의 양자컴 이용도 수월해질 전망이다. 그동안 대다수 국내 기업과 대학, 기관에는 상용화 수준의 자체 양자컴퓨터가 없어 클라우드(가상 서버)를 통해 해외 기업의 양자컴을 이용해야 했다. 이에 대해 정 단장은 “한국에선 굴지의 대기업도 많은 비용을 지불해가며 미국에 있는 양자컴 클라우드를 이용하고 있다”며 “다른 기관이 사용 중인 경우가 많아 순서를 기다리는 데만 2~3일 걸리기도 한다”고 말했다. 반면 연세대에 들어온 양자컴은 국내 이용자만 사용하기 때문에 대기 시간이 획기적으로 줄어들게 된다. 정 단장은 “해외 양자컴을 이용할 때 보안이 걱정되는 민감한 정보를 국내 양자컴에서 안심하고 사용할 수 있다”고 했다.

연세대는 소속 구성원에게는 무료로 양자컴을 개방할 계획이다. 정 단장은 “기업이나 외부 기관이 연세대 연구진과 함께 공동 연구를 하면, 연세대의 양자컴퓨터를 저렴하게 제공하는 방안도 구상하고 있다”고 말했다.

☞양자컴퓨터와 큐비트

양자컴퓨터는 눈에 보이지 않는 미시 세계에서 적용되는 양자물리학을 이용한 컴퓨터다. 일반 컴퓨터는 전자의 유무(有無)에 따라 0과 1의 비트(bit)로 정보를 표현하고 계산한다. 반면 양자컴퓨터는 큐비트(qubit)가 기본 단위다. 큐비트는 0과 1을 동시에 처리할 수 있어, 연산 속도가 획기적으로 빠르다. 예컨대 127큐비트는 2의 127승(乘) 가지 연산을 동시에 할 수 있다.