1. 양자 컴퓨터란 무엇인가?
양자 컴퓨터는 정보 처리를 위해 양자역학의 원리를 활용하는 혁신적인 유형의 컴퓨터입니다. 기존의 컴퓨터는 데이터를 가장 작은 단위인 비트(0 또는 1)로 처리하는 반면, 양자 컴퓨터는 양자 비트(큐비트)를 사용합니다. 큐비트는 중첩(superposition)과 얽힘(entanglement)과 같은 양자 현상을 통해 동시에 여러 상태에 존재할 수 있습니다. (져 역시 제대로 이해되지 않지만 확실한 것은 0과 1이 확정적이지 않는 그 상황 자체가 핵심 인것 같습니다.) 이러한 독특한 특성 덕분에 양자 컴퓨터는 특정 문제에 대해 기존 컴퓨터보다 지수적으로 빠르게 복잡한 계산을 수행할 수 있습니다.
예를 들면 네비게이션은 보통 최적의 경로를 찾아주기는 하지만, 모든 실시간 교통상황의 신호 변수를 모두 고려하고 있지는 않는데, 양자 컴퓨터는 모든 경우의 수를 한번에 계산할 수 있다고 간단하게 생각하면 좋을 것 같습니다.
2. 구글은 언제부터 양자 컴퓨터 개발을 시작했는가?
구글은 2013년에 NASA와 대학 우주 연구 협회(Universities Space Research Association)와 협력하여 양자 인공지능 연구소(Quantum Artificial Intelligence Lab)를 설립하면서 양자 컴퓨팅 여정을 시작했습니다. 2014년에는 캘리포니아 대학교 산타바바라의 존 마르티니스 박사를 포함한 전문가 팀을 고용하여 양자 하드웨어 개발을 가속화했습니다. 그 이후로 구글은 양자 연구의 최전선에서 새로운 가능성을 계속 탐구하며 발전해왔습니다.
3. 구글은 왜 양자 컴퓨터를 개발하는가?
구글은 기존 컴퓨터로는 해결할 수 없는 문제를 해결하기 위해 양자 컴퓨터를 개발하고 있습니다. 여기에는 복잡한 시스템 최적화, 신약 개발을 위한 분자 상호작용 시뮬레이션, 기계 학습 알고리즘 개선, 암호화 기술 강화 등이 포함됩니다. 양자 컴퓨팅을 발전시킴으로써 구글은 에너지 효율, 의료, 물류 등 글로벌 문제를 해결하고 기술 경쟁에서 우위를 유지하려고 합니다.
4. 최근 성과와 그 의미는 무엇인가?
구글의 양자 컴퓨팅에서 가장 중요한 성과 중 하나는 2019년에 발표한 양자 우월성(quantum supremacy)입니다. 구글의 양자 프로세서인 시커모어(Sycamore)는 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터로도 10,000년이 걸릴 계산을 200초 만에 완료했습니다. 이 성과는 특정 작업에서 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 훨씬 효율적으로 문제를 해결할 수 있음을 보여줍니다.
최근에는 구글이 양자 시스템의 확장에 집중하고 있습니다. 2021년에는 10년 안에 내결함성(fault-tolerant) 양자 컴퓨터를 구축하겠다는 계획을 발표했습니다. 내결함성은 실용적인 양자 컴퓨팅의 핵심으로, 안정적이고 신뢰할 수 있는 성능을 보장합니다. 이러한 발전은 재료 과학, AI, 암호화 분야에서 혁신적인 돌파구를 마련하며, 산업과 경제를 전 세계적으로 변혁할 가능성을 열어줍니다.
5. 비트코인과 양자 컴퓨터의 관계는 무엇인가?
양자 컴퓨터는 비트코인 및 기타 암호화폐에 기회와 위협을 동시에 제공합니다. 비트코인은 거래와 채굴 과정을 보호하기 위해 SHA-256과 같은 암호화 알고리즘에 의존합니다. 충분히 발전된 양자 컴퓨터는 이 알고리즘을 이론적으로 깨뜨릴 수 있어 비트코인 블록체인의 보안을 약화시킬 수 있습니다. 하지만 현재의 양자 컴퓨터는 이러한 작업을 수행하기에는 아직 역량이 부족하다고 전문가들은 믿고 있습니다.
반대로 양자 컴퓨팅은 보다 안전한 암호화 방법을 가능하게 하여 블록체인 기술을 강화할 수 있습니다. 연구자들은 이미 양자 위협에 대비하기 위해 양자 이후 암호(Post-Quantum Cryptography)를 탐구하고 있습니다.
6. 경쟁자들은 누구이며, 그 수준은 어떤가?
구글의 주요 경쟁자는 IBM, 마이크로소프트, 리게티 컴퓨팅(Rigetti Computing)과 같은 스타트업, 그리고 IonQ 및 D-Wave입니다. IBM은 양자 컴퓨터에 대한 클라우드 액세스를 제공하는 강력한 Quantum Experience 플랫폼으로 주요 경쟁자 중 하나로 자리 잡고 있습니다. 마이크로소프트는 Azure Quantum 플랫폼을 통해 양자 하드웨어에 대한 다른 접근 방식인 위상학적 큐비트(topological qubits)에 초점을 맞추고 있습니다. 리게티, IonQ, D-Wave도 주목할 만한 발전을 이루었으며, IonQ는 2021년에 상장한 최초의 양자 컴퓨팅 회사가 되었습니다.
중국 기업과 연구 기관도 강력한 경쟁자로 떠오르고 있으며, 중국은 국가 전략의 일환으로 양자 기술에 막대한 투자를 하고 있습니다. (사실 실제 경쟁자들 중에서 완벽한 양자 컴퓨터가 완성된 기업이나 연구기관이 있다고 해도 절대 먼저 발표하지 않을 것입니다. 완벽한 양자컴퓨팅을 가능케 할 수 있다면 이미 모든 암호를 풀 수고 있고 기업 단위를 넘어 세계적인 권력한 권한을 갖을 수 있기 때문입니다. 물론 단기간에 완벽한 수준의 양자컴퓨팅이 가능하지는 않겠지만, 종국에 이게 가능한 시점이 온다고 해보 무언가 무서운 것 같습니다.)
7. 양자 컴퓨터의 미래는 무엇인가?
양자 컴퓨팅의 미래는 유망하면서도 불확실합니다. 큐비트 안정성 향상 및 오류율 감소와 같은 중요한 과제가 남아 있지만, 이러한 영역에서의 진전은 산업 전반에 걸쳐 변혁적인 응용 프로그램을 가능하게 할 수 있습니다. 양자 컴퓨터는 인공지능, 안전한 통신, 금융 모델링, 기후 변화 완화와 같은 분야를 혁신할 잠재력을 가지고 있습니다.
더 많은 기업과 정부가 양자 연구에 투자함에 따라 협력과 혁신이 급속한 발전을 이끌 것입니다. 구글에게 내결함성 양자 컴퓨팅을 실현하는 것은 주요 이정표가 될 것이며, 21세기의 기술 지형을 재정의할 수 있는 분야에서 선도적인 위치를 확보할 것입니다.
양자 컴퓨팅은 더 이상 먼 꿈이 아닙니다. 그것은 현실로 다가오고 있습니다. 구글과 그 경쟁자들이 계속해서 경계를 넓혀감에 따라 우리는 인류의 가장 복잡한 도전을 해결할 수 있는 새로운 컴퓨팅 시대의 문턱에 서 있습니다.