양자컴퓨터는 양자역학의 원리를 이용하여 정보를 처리하는 컴퓨터로, 기존의 컴퓨터와는 다른 방식으로 정보를 처리하기 때문에 매우 빠른 계산 속도를 가지고 있습니다.

기존 컴퓨터는 0과 1의 두 가지 상태만 나타낼 수 있는 비트(Bit)를 사용하는 반면, 양자 컴퓨터는 큐비트(Qubit)라는 양자 역학적 단위를 사용합니다.

큐비트는 0과 1의 상태를 동시에 나타낼 수 있는 중첩(Superposition) 상태를 가질 수 있으며, 이를 통해 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠른 속도로 특정 문제를 해결할 수 있습니다.

컴퓨터에서 두 개의 비트를 사용하면 각 비트에서 1 또는 0을 저장할 수 있으므로 네 개의 가능한 값(00, 01, 10 및 11)을 저장할 수 있지만 한 번에 하나의 값만 저장할 수 있습니다.

그러나 중첩 상태의 두 개의 큐비트를 사용하면 각 큐비트가 1, 0 또는 둘 다일 수 있으므로 동일한 네 개의 값을 동시에 나타낼 수 있습니다. 세 개의 큐비트를 사용하면 8개의 값, 네 개의 큐비트를 사용하면 16개의 값 등을 나타낼 수 있습니다.

양자컴퓨터는 다양한 분야에서 활용될 수 있는데 개발의 필요성은 특히 인공지능의 성장때문입니다. 우리의 의식구조가 비트적이지 않고 큐비트적인 점을 감안해보면 이해가 됩니다.

백설공주 이야기를 보면 알 수 있습니다.

백설공주는 나쁜 왕비가 건네준 사과를 한입 베어 물고는 쓰러져 버립니다.

일곱 난장이들이 죽은 백설공주를 유리관에 눕히고 슬퍼하고 있을 때, 우연히 이곳을 지나던 왕자가 공주를 보게 되고 공주의 관을 왕궁으로 옮기던 중, 마차가 덜컹거리는 충격에 공주는 사과를 토해내며 극적으로 되살아납니다.
 
사과를 베어 문 백설공주는 살아있었던 걸까, 죽어 있었던 걸까요? 
나중에 살아난 것을 보면 분명 죽었던 것은 아닙니다. 
양자역학의 창시자 슈뢰딩거라면 이렇게 주장했을 것입니다. “백설공주는 죽어있으면서 동시에 살아있었다.”

백설공주가 그냥 죽었다면, 더 이상 할 이야기는 없어지고 사과를 먹고도 그냥 살았다면, 왕자를 만나 상황이 바뀌는 일은 일어나지 않았을 것입니다.

원자는 양자역학적으로 행동할 수 있으니 A와 B의 중첩상태, 그러니까 A이면서 동시에 B일 수 있습니다. 

 유명한 ‘슈뢰딩거 고양이’의 역설도 이 내용입니다.

왜 인공지능 훈련에서 이것이 필요하냐 하면 맥락의 이해 때문입니다.

컴퓨터는 명확하지만 사람은 불명확하고 바뀝니다. 어느 순간 그의 이야기를 듣고 생각이 바뀌기도 합니다.

컴퓨터는 오늘한 계산을 내일해도 결과가 똑같지만 사람은 오늘한 결정이 내일하면 달라지기도 합니다.

사람의 계산적 행동이라는 것은   현재의 컴퓨터보다는 앞으로 나올지 모를 양자 컴퓨터를 닯은 것입니다.

인공지능: 

양자컴퓨터를 이용하면 인공지능의 학습 속도를 높일 수 있으며, 더욱 정확한 예측을 할 수 있습니다.

신약 개발:

양자컴퓨터는 기존의 컴퓨터로는 계산이 어려웠던 복잡한 화학 반응을 빠르게 계산할 수 있어 신약 개발에 큰 도움이 될 것으로 전망됩니다.

금융:

양자컴퓨터는 금융 분야에서도 활용될 수 있습니다. 금융 시장에서는 복잡한 계산이 필요한 경우가 많은데, 양자컴퓨터를 이용하면 이러한 계산을 빠르게 처리할 수 있어 금융 시장의 안정성을 높일 수 있습니다.

보안:

양자컴퓨터는 보안 분야에서도 큰 역할을 할 것으로 기대됩니다. 양자컴퓨터를 이용하면 기존의 암호화 기술을 무력화할 수 있기 때문에, 새로운 보안 기술이 필요합니다.

양자컴퓨터는 아직까지 기술적으로 발전해야 할 부분이 많이 남아 있으며, 상용화되기 위해서는 많은 시간이 필요합니다. 하지만 양자컴퓨터가 미래 산업의 판도를 바꿀 게임 체인저 기술로 주목받고 있는 것은 사실입니다.

홍문표 입학처장의 설명회 의 말

팩트체크 - 과학인재전형을 제외하면 대체로 사실

그런데 상용화는 험난한 길

일부 전문가들의 발언은 회의적입니다.

얀 루쿤 메타 인공지능(AI) 연구 책임자는 "양자컴퓨팅 기술이 매력적인 과학 주제이긴 하지만, 실제로 유용한 양자컴퓨터가 만들어질 가능성은 확신할 수 없다". 

오스카 페인터 아마존웹서비스(AWS) 양자 하드웨어 책임자는 "현재 양자컴퓨터 업계에는 엄청난 양의 과대광고가 존재해 낙관적인 것과 비현실적인 것을 구분하는 것이 어려워지고 있다"

왜 그럴까요?

현재 양자 컴퓨터는 수십 개의 큐비트만 구현 가능합니다.
상용화에는 백만 개 이상의 고품질 큐비트 필요합니다.

그래도 이것은 시간의 문제입니다.

2031년까지 1천 큐비트 양자컴퓨터를 개발이 우리의 목표입니다. 정부도 2035년까지 양자 분야에 2조 4천억원을 투입하기로 했는 데 이런 지원을 계산한 성대의 학과신설입니다.

그러나 더 큰 문제는 오류 감소 와 정정에 있습니다.

명확하지 않은 사람의 사고때문에 사람 속을 알 수 없다고 했는 데 이는 불안정한 큐비트에도 그대로 적용됩니다.
큐비트는 매우 불안정하여 오류 발생 가능성 높아서 어쩌면 오류 정정 기술 개발로 에너지를 소진할 수 있습니다.
경제성의 문제도 있습니다. 극저온 환경 유지 비용이 높고 에너지 소비량도 증가합니다.
양자 알고리즘 개발도 상용화의 벽입니다.
양자 컴퓨터의 장점을 활용하는 알고리즘이 부족합니다. 기존 알고리즘 대부분 양자 컴퓨터에 적용 불가능합니다.
그래서 인력은 많이 필요합니다.
양자 컴퓨팅 특성을 고려한 새로운 소프트웨어 개발자도 필요하고 하드웨어적 안정성을 위한 인력도 필요합니다.

그런데 양자컴퓨터의 실제적인 경쟁자는 엔비디아 A100을 탑재한 컴퓨터입니다.

 1만개의 양자 비트를 탑재한 양자컴퓨터 성능을 비교한 결과도 나와있습니다.

A100 은 초당 무려 180번의 연산하는 엔비디아의 그래픽카드인데 가격이 2천만원대입니다. 테슬라에서도 자율주행을 위한 슈퍼컴퓨터에 사용되는 그래픽카드로도 알려져 있습니다.

물론 엔비디아가 양자컴퓨팅이기도 합니다

엔비디아, 퀀텀 클라우드 출시…양자 컴퓨팅 확장 돌입

지난 18일 엔비디아의 클라우드 서비스 퀀텀클라우드에 대한  블룸버그의 보도는  퀀텀 클라우드가 엔비디아의 오픈 소스 쿠다-Q(CUDA-Q) 양자 컴퓨팅 플랫폼을 기반으로 하며 쿠다 퀀텀은 강력한 시뮬레이션 도구와 일반-양자 하이브리드 시스템을 프로그래밍한다고 밝혔습니다.

팀 코스타 엔비디아 양자 컴퓨팅 담당 이사는 현재는 양자 컴퓨터가 연결되어 있지 않지만 향후 타사 양자 컴퓨터에 대한 액세스가 지원된다면서 일본의 ABCI-Q 슈퍼컴퓨터가 양자 컴퓨팅용 엔비디아 플랫폼에 의해 구동된다고도 발표하기도 했습니다. ABCI-Q는 후지쯔가 일본 산업기술총합연구소(AIST) 산하 양자·AI 전담조직인 G-QuAT ABCI 슈퍼컴퓨팅 센터의 기업 글로벌 연구개발 센터에 구축한 슈퍼컴퓨터인데 내년 초 가동될 전망입니다.

우리가 후발주자인 것은 사실입니다. 그러니 양자컴퓨터가 게임체인저가 되도 우리에게 돌아올 과실에 대한 계산은 또 해봐야 알 내용입니다.