안녕하세요, 카카오클라우드입니다. 구글이 기존 슈퍼컴퓨터라면 10셉틸리언 년(10의 24제곱으로 우주의 나이를 훨씬 초과하는 시간)이 걸리는 계산을 단 5분 만에 수행할 수 있는 혁신적인 성능의 양자 컴퓨터를 공개했습니다.
이에 뉴욕타임스의 Cade Metz 기자는 구글의 새로운 '윌로우(Willow)' 칩 기반 양자 컴퓨터가 가져올 혁신적 변화를 분석한 기사를 발행했습니다. 기사는 구글의 기술적 성과뿐만 아니라 양자 컴퓨팅의 작동 원리와 현재의 도전 과제, 그리고 미국과 중국 간의 기술 패권 경쟁에 대해 간략히 다루고 있습니다. 오늘은 이 기사의 내용을 소개해드리려고 합니다.
1. 양자 우월성((Quantum Supremacy)을 향한 여정
구글은 지난 2019년, 처음으로 전통적인 슈퍼컴퓨터로는 불가능한 작업을 수행할 수 있는, 즉 양자 우월성을 달성한 양자 컴퓨터를 개발했다고 발표했습니다. 당시 이는 정보 기술 진화의 전환점으로 평가받았지만 일부 과학자들의 반론에 부딪혔고, 이후 전통적인 슈퍼컴퓨터들이 발전을 거듭하며 구글의 양자 컴퓨터를 따라잡으면서 양자 우월성에 대한 진위 논쟁이 계속되었습니다.
하지만 이번에 공개된 윌로우 칩 기반의 새로운 양자 컴퓨터는 이러한 논쟁에 종지부를 찍을만한 성과를 보여주었습니다. 특히 신약 개발이나 인공지능 분야에서의 혁신적인 발전을 이끌어낼 수 있는 가능성을 제시했다는 점에서 큰 의미를 가지는 것으로 평가되고 있습니다.
2. 양자 컴퓨팅의 동작 원리
일반적인 노트북이나 스마트폰과 같은 전통적인 컴퓨터는 실리콘 칩에 숫자를 저장하고 이를 더하거나 곱하는 등의 방식으로 계산을 수행합니다. 이때 정보는 1 또는 0의 값만을 가질 수 있는 '비트' 단위로 처리됩니다.
반면 양자 컴퓨터는 우리의 일상적인 상식을 뛰어넘는 방식으로 동작합니다. 구글의 양자 컴퓨터는 특수 금속을 영하 273도까지 냉각시켜 사용하는데, 이는 서브원자 수준이나 극저온 상태에서 나타나는 특이한 물리적 현상을 활용하기 위해서입니다.
양자 비트 또는 '큐비트'는 일반 비트와는 완전히 다르게 작동합니다. 극도로 작거나 차가운 상태에서는 하나의 물체가 동시에 두 개의 별개 물체처럼 행동할 수 있습니다. 이러한 특성을 활용하여 과학자들은 1과 0의 조합을 동시에 보유할 수 있는 큐비트를 만들어냈습니다. 두 개의 큐비트는 네 개의 값을 동시에 보유할 수 있으며 큐비트 수가 증가할수록 양자 컴퓨터의 성능은 기하급수적으로 증가합니다.
3. 오류 보정: 양자 컴퓨팅의 핵심 과제
양자 컴퓨터의 실현을 가로막는 가장 큰 장애물은 큐비트의 취약성이었습니다. 1980년대에 이런 형태의 기계가 처음 제안된 이후, 단 몇 개의 큐비트를 연결하는 것조차 수년의 연구를 필요로 했습니다. 학계, 산업계, 정부 연구소들은 빛 입자나 전자기장에 갇힌 미세 대전 입자 등 다양한 기술을 시도해왔습니다. 구글, IBM, 인텔과 같은 기업들은 특정 금속을 극저온으로 냉각하는 '초전도 큐비트' 방식을 채택했습니다.
이번 구글의 새로운 양자 컴퓨터는 오류 보정 분야에서 획기적인 진전을 이루었습니다. Nature 저널에 게재된 연구 논문에 따르면 오류 보정 임계값을 넘어섰다는 것이 입증되었습니다. 이는 과학자들이 수십 년간 추구해온 중요한 이정표로 큐비트 수가 증가함에 따라 복잡한 분석을 통해 오류를 기하급수적으로 줄일 수 있다는 것을 의미합니다.
4. 글로벌 기술 패권 경쟁
양자 컴퓨팅은 이제 국가 간 기술 패권의 핵심 영역이 되었습니다. 미국에서는 마이크로소프트, 인텔, IBM과 같은 거대 기업들과 스타트업들이 기술 개발을 주도하고 있습니다. 반면 중국은 정부 주도로 152억 달러 이상을 양자 연구에 투자하며 이 분야의 주도권 확보를 노리고 있습니다.
하버드 대학의 미하일 루킨 교수는 "양자 컴퓨팅이 처음 구상되었을 때, 많은 사람들은 이것이 실용화될 수 없다고 생각했습니다. 하지만 지난 한 해 동안 일어난 일들은 이것이 더 이상 공상과학이 아님을 보여줍니다"라고 평가했습니다.
5. 현재의 한계와 미래 전망
현재 구글의 양자 컴퓨터가 수행한 계산은 순수하게 양자 컴퓨팅의 진전을 측정하기 위한 테스트용 작업이었습니다. 의학과 같은 다른 분야에 실제로 응용될 수 있는 작업은 아직 아닙니다. 양자 컴퓨터가 언젠가는 오늘날의 전통적인 컴퓨터를 구식으로 만들 것이라고 연구자들은 믿지만 현재 기술은 여전히 너무 많은 오류를 발생시켜 실용화되기에는 부족합니다.
그러나 다수의 전문가들은 이번 성과가 양자 컴퓨터가 신약 개발을 가속화하고, 국가 안보에 중요한 컴퓨터들의 암호화를 해독할 수 있는 미래로 한걸음 더 다가갔음을 보여준다 평가하고 있습니다. 캘리포니아 공과대학의 양자 컴퓨팅 전문가 존 프레스킬은 우리가 정말로 원하는 것은 이 기기들이 사람들이 실제로 관심을 갖는 애플리케이션을 실행하는 것이라며, 수십 년이 걸릴 수도 있지만 결국에는 양자 컴퓨팅이 우리의 일상생활에 미치는 영향을 보게 될 것이라고 전망했습니다.
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