경제용어사전

양자컴퓨터

[quantum computer]

얽힘(entanglement)이나 중첩(superposition) 같은 양자역학적인 현상을 이용하여 자료를 처리하는 컴퓨터다. 1982년 미국의 이론 물리학자 리처드 파인만이 이 개념을 처음 제시 했고 1985년에는 영국 옥스퍼드 대학의 데이비드 도이치가 구체적인 양자컴퓨터의 개념을 정리했다 이 컴퓨터의 특성은 정보를 큐비트(양자비트) 단위로 읽는다는 점이다.

기존 컴퓨터는 비트단위로 정보를 읽는다. 1비트라면 0과 1 중 하나를 선택해야 한다. 8비트는 0과 1의 256개 조합이 가능하지만 실제 그중 하나의 값만 선택하며 이를 처리하게 된다.

하지만 큐비트는 0과 1의 값을 동시에 가질 수 있다. 2큐비트는 4개의 조합된 정보(00, 01, 10, 11)를 동시에 선택한다.
129자리 자연수를 소인수분해하는 데 일반 고성능 컴퓨터는 1600대로 8개월 걸린다. 양자컴퓨터는 한 대로 수시간 내 연산이 가능하다. 양자컴퓨터가 ‘꿈의 기술’이라고 불리는 이유다.

지난 2011년 캐나다의 벤처기업 디웨이브(D-Wave)가 양자컴퓨터를 개발했다고 발표했으나 일부 과학자들은 디웨이브사의 컴퓨터가 기존 슈퍼컴퓨터에 비해 처리속도가 3600배 정도밖에 되지 않으며 판단 능력도 떨어진다며 이를 양자컴퓨터로 정의할 수 있는지에 대한 의문을 제기하기도 한다.

그러나 이미 아마존이나 골드만삭스, 캐나다 정부 등이 디웨이브 지원에 엄청난 돈을 투자하고 있다. 이 기업이 만든 1000만달러짜리 양자컴퓨터는 구글과 미 항공우주국(NASA), 록히드마틴과 미 정보기관 등에서 쓰고 있다고 한다.

2018년 2월현재 MS와 구글, IBM 등이 개발 중인 50큐빗(양자컴퓨터의 연산단위)급 양자컴퓨터를 개발중으로 이 컴퓨터가 상용화되면 전 세계 금융 시스템을 다시 짜야 한다. 슈퍼컴퓨터로 수십 년을 풀어야 하는 250자리 암호체계가 몇 분 만에 무력화되기 때문이다. 비트코인과 같은 가상화폐 ‘채굴’ 역시 식은 죽 먹기다. 4차 산업혁명의 핵심 기술인 AI도 비약적으로 발전할 것이란 분석이다. 방대한 데이터를 학습하는 데 걸리는 시간을 줄일 수 있어서다.

양자컴퓨터는 절대온도(-273.15도)에 가까운 극저온에서만 작동하는 초전도 회로가 들어간다. 냉각 장치 때문에 덩치가 클 수밖에 없다. MS는 양자컴퓨터를 서버처럼 활용하고 클라우드를 통해 일반 컴퓨터와 연결해 사용하게 될 것으로 전망했다.

각국 정부와 주요 글로벌 기업이 양자 컴퓨터 개발에 사활을 거는 것도 이 때문이다. 중국은 2020년까지 양자 컴퓨터 개발 임무를 맡은 양자국가연구소 건설에 76억위안(1조2500억원)을 투입하는 계획을 내놨다. 유럽연합(EU) 역시 내년부터 10년 동안 양자 컴퓨팅 분야에 10억유로(1조3000억원)을 투자하며 맞불을 놓고 있다.

미국에서는 정보기술(IT) 기업을 중심으로 연구가 이뤄지고 있다. 이미 2016년 양자 컴퓨터 초기모델을 개발해 일반에 공개한 IBM을 비롯해 구글, MS, 인텔 등이 선두그룹을 형성하고 있다. 정부 차원의 지원도 상당하다. 미국 하원은 2018년 12월 21일 4년간 1조원 이상의 자금을 양자 컴퓨팅 부문에 지원하는 것을 골자로 한 ‘국가양자이니셔티브(NQI)’ 법안을 통과시켰다.

미국 언론들은 각국 정부와 글로벌 기업의 양자 컴퓨팅 개발 경쟁을 ‘21세기 우주 레이스’라고 부른다. 미국과 옛소련이 달 탐사를 누가 먼저 하느냐를 놓고 경쟁을 벌인 1950~1960년대 경쟁 양상과 비슷하다는 이유에서다. 특정 국가나 기업이 이 기술을 선점하면 글로벌 기술의 헤게모니 향방이 바뀐다는 함의도 담겨 있다.

과학계가 양자 컴퓨터에 열광하는 또 다른 이유는 기존 컴퓨터의 발전이 한계에 봉착해서다. 인텔 창업주인 고든 무어는 1965년 제안한 ‘무어의 법칙’을 통해 반도체 트랜지스터 수가 미세화 공정에 힘입어 2년마다 두 배로 증가할 것이라고 전망했다. 진리로 통했던 무어의 법칙은 이제 ‘벽’에 부딪혔다. 반도체 공정이 10㎚(1㎚=10억분의 1m) 이하로 진화하면서 트랜지스터 크기를 줄이는 데 어려움을 겪고 있다. 더 작게 만드는 게 불가능하지는 않지만 이 과정에서 트랜지스터가 전자를 막아도 그냥 통과하는 ‘터널링 현상’이 나타난다.

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