'양자역학' 노벨상 수상자, "수천 년 걸릴 일, 몇 분 만 뚝딱"…구글 새 양자 알고리즘 공개

구글, 새 알고리즘 '퀀텀 에코스' 공개
시간 역전 '나비 효과' 간섭 패턴 생성
신약 개발, 배터리 소재 등 응용 기대

"구글의 윌로 양자 칩으로 '퀀텀 에코스(Quantum Echoes)' 알고리즘을 실행하면 기존 슈퍼컴퓨터가 수천 년 걸릴 일을 몇 분 내에 완료할 수 있다."

인간이 보고 만질 수 있는 거시 세계에서도 양자역학 현상을 관측할 수 있음을 실험으로 증명해 올해 노벨물리학상을 수상한 미셸 드보레 구글 양자 하드웨어 수석과학자(미국 예일대 교수)는 17일(현지시간) 미디어 사전 브리핑에서 국제 과학학술지 네이처 표지를 장식할 논문과 연구성과에 대해 이렇게 설명했다. 구글 양자 컴퓨팅 연구 및 개발 부서인 퀀텀AI와 공동 연구자들이 공동저자로 참여한 이 논문은 22일 공개됐다.

양자 컴퓨터는 양자역학 원리를 활용해 기존 슈퍼컴퓨터로선 불가능했던 복잡한 계산을 압도적으로 빠른 속도로 계산할 수 있다. 양자 알고리즘은 양자 컴퓨터에서 실행되는 일종의 프로그램으로, 양자 컴퓨터의 연산 능력을 극대화한다. 현재까지 양자 컴퓨팅에 가장 높은 기술력을 지닌 곳은 구글과 IBM 등 미국 기업이고, 중국 학계도 대규모 투자를 통해 추격하고 있다.

앞서 구글은 지난해 12월 윌로 양자 칩을 공개했는데, 이 칩은 현존하는 가장 빠른 슈퍼컴퓨터로도 우주 나이(약 138억 년)를 훨씬 초과하는 시간이 걸릴 계산을 5분 이내에 수행해 냈다.

퀀텀AI가 이날 공개한 것은 윌로 양자 칩에서 실행되는 새 알고리즘이다. 퀀텀 에코스라 불리는 이 알고리즘의 공식 명칭은 '시간 순서가 뒤바뀐 상관함수(Out-of-Time-Ordered Correlator, OTOC)'다. 톰 오브라이언 퀀텀AI 소속 연구과학자는 "퀀텀 에코스의 핵심 혁신은 시스템을 시간상 앞으로, 뒤로 진화시켜 양자 공간에서 '나비 효과'를 만들어내는 것"이라며 "이로 인해 알고리즘 민감성과 장치 정확도가 2019년 처음 구현했던 알고리즘보다 1,000배 정도 향상됐다"고 설명했다. 구글은 이번 알고리즘 개발로 현실 세계에서 처음으로 양자 컴퓨팅을 실용적으로 적용하는 데 한 발짝 다가갔다고 설명했다.

"AI와 양방향 영향 주고받을 수 있어"

양자 컴퓨터가 상용화되면 매우 복잡한 계산이 필요한 신약 개발, 신소재 개발, 금융, 인공지능(AI) 학습, 기후 시뮬레이션 등에 활용될 것으로 전망된다. 드보레 교수는 "양자 시뮬레이션을 통해 분자나 재료의 양자적 상호작용을 정확히 예측할 수 있어 신약 개발, 배터리 소재, 촉매 설계 등 다양한 산업 응용으로 이어질 수 있다"고 설명했다.

다만 상용화되기까지는 아직 상당 기간이 걸릴 전망이다. 드보레 교수는 "현재 하드웨어는 아직 연구용 수준이고, 상용화까지는 최소 5~10년이 필요하다"면서도 "그럼에도 중요한 점은 오늘 발표한 알고리즘은 실험실에서 검증 가능하고 반복 가능하기 때문에, 상용화 전에 정확성과 신뢰성을 미리 확보할 수 있다"고 밝혔다.

실리콘밸리= 박지연 특파원 jyp@hankookilbo.com