1981년, 노벨 물리학상 수상자 리처드 파인먼은 미국 매사추세츠 공과대학교에서 연설을 하면서 그는 양자 역학의 기이한 특성을 활용하여 계산하는 전례 없는 아이디어를 제안했다. 파인만의 이 개념은 마치 선구적인 씨앗처럼 양자 컴퓨팅 분야의 부흥을 위한 기초를 마련했다.

 

그러나 수년간의 급속한 발전을 거쳤지만, 물리학자들은 여전히 일상 사용에 적합하면서도 정상적인 조건에서 안정적으로 작동할 수 있는 실용적인 양자 컴퓨터를 개발하지 못했다.

 

그런데 최근 호주의 《대화》 잡지는 실용적인 양자 컴퓨터가 곧 실현될 것이라고 보도했다. 마이크로소프트도 양자 컴퓨터 시대를 준비해야 할 때라고  보고있다.

 

그렇다면 양자 컴퓨터는 어떤 장점이 있을까? 사람들은 양자 컴퓨터의 광범위한 응용까지 얼마나  떨어져 있을까?

 

ㅡ 최적의 해결책을 빠르게 찾을 수 있다

 

단 한 번에  문제의 모든 잠재적 해결책에 대해 통찰할 수 있는 것은 마치 초능력을 부여받은 것과 같아, 복잡한 미로에서 모든 잠재적 경로를 동시에 탐색함으로써 올바른 출구를 신속하게 고정할 수 있다. 이러한 구상을 바탕으로 양자 컴퓨터는 최적의 해결책을 찾는 과정에서 놀라운 속도를 보여준다. 최단 경로를 찾든지 혹은 문제를 해결하는 가장 빠른 방식이든지 모두 쉽게 대응할 수 있고 능숙하게 대처할 수 있도록 한다.

예를 들어, 항공사는 항공편 지연이나 혹은 사고 후에는 항공편을 재조정해야 한다. 이는 현실에서 자주 직면하는 문제인데, 해결책은 종종 최적이 아니다. 최상의 대응 조치를 계산하기 위해서 전통적인 컴퓨터는 가능한 모든 항공편 조정 방안을 하나하나 고려해야 하는데, 그 복잡성은 놀라울 정도이다.

 

 

그러나 양자 컴퓨터는 이러한 모든 가능성을 단 한 번의 시도로 최적의 구성을 자연스럽게 드러내 줄 수 있다. 양자 비트는 얽힘이라고 불리는 물리적 특성을 가지고 있다. 양자 비트가 얽혀 있을 때, 한 양자 비트의 상태는 다른 양자 비트의 상태에 영향을 미칠 수 있으며, 그것들이 얼마나 멀리 떨어져 있든지 상관없다. 이 특성은 고전적 컴퓨터에는 없는 것으로, 이는 양자 컴퓨터가 전통 컴퓨터보다 지수적 속도로 특정 문제를 해결할 수 있도록 해준다.

 

ㅡ 전통 컴퓨터를 완전히 대체할 수 있을까?

 

양자 컴퓨터는 분자 간의 상호작용을 시뮬레이션하거나, 여러 선택지에서 최적의 해결책을 찾거나, 암호화 및 암호 해독을 처리하는 등 특정 문제를 해결하는 데 천혜의 장점을 가지고 있다. 그러나 그것들은 모든 유형의 작업에 적용되지는 않는다.

 

전통 컴퓨터는 각각의 계산을 선형 순서대로 처리하고, 고전적 알고리즘을 따른다. 따라서 예측 가능성이 높고, 견고하며 오류가 발생하기 쉽지 않다. 워드 프로세싱이나 인터넷 브라우징과 같은 일상적인 컴퓨팅 요구에 대해 전통 컴퓨터는 앞으로도 오랜 시간 동안 지배적인 위치를 차지할 것이다.

 

여기에는 최소한 두 가지 이유가 있다. 첫 번째는 실용성 때문이다. 안정적인 계산을 할 수 있는 양자 컴퓨터를 만드는 것은 하늘의 별 따기이다. 양자 세계는 매우 불안정하며, 양자 비트는 전자기 복사 등 주변 환경의 영향을 받기 쉬워서 조금만 부주의해도 오류가 발생할 수 있다.

 

두 번째 이유는 큐비트를 처리할 때 내재된 불확실성 때문이다. 양자 비트는 중첩 상태에 있으며, 0도 1도 아니기 때문에 고전적인 계산에서처럼 예측 가능하지가 않다. 따라서 물리학자는 '확률'을 사용하여 양자 비트와 그 계산을 설명한다. 이는 동일한 양자 알고리즘을 사용하더라도, 동일한 양자 컴퓨터에서 동일한 문제를 반복적으로 해결하면 매번 완전히 다른 답을 얻을 수 있음을 뜻한다.

 

이러한 불확실성에 대응하기 위해 양자 알고리즘은 일반적으로 여러 번 실행된다. 그런 다음 연구자들은 이러한 결과에 대한 통계 분석을 수행하여 가장 가능성 있는 정답을 결정한다. 이런 방법을 사용하여야만 연구자들은 양자 컴퓨팅에서 의미 있는 정보를 추출할 수 있다.

 

ㅡ 향후 10년은 아마도 크게 빛을 발할 것

 

상업적 관점에서 보자면, 양자 컴퓨터의 발전은 여전히 초기 단계에 있지만 그 구도는 이미 규모를 갖추기 시작했다. 매년 많은 신생 기업들이 우후죽순처럼 등장하고 있으며, 그 중에는 IBM과 구글과 같은 업계 거대 기업들뿐 아니라 IQM, Pasqal, Alice와 Bob과 같은 스타트업들도 두각을 나타내고 있다. 그들은 모두 양자 컴퓨터를 더욱 신뢰할 수 있고 확장 가능하며, 쉽게 접근할 수 있도록 노력하고 있다.

 

 

과거에는 제조업체들이 양자 컴퓨터의 큐비트 수를 기계 성능을 측정하는 지표로 자주 사용했다. 하지만 이제는 양자 컴퓨터의 오류를 수정하는 방법을 찾는 데 점점 더 많은 관심을 기울이고 있다. 이러한 변화는 대규모의 결함을 용납(容错性)할 수 있는 것이 강한 양자 컴퓨터 개발에 있어 매우 중요하며, 이 기술은 그 가용성을 높이는 데 매우 중요하다.

 

구글의 최신 양자 칩 윌로우(Willow)는 이 분야에서 뚜렷한 진전을 이루고 있다. 구글은 Willow에서 큐비트를 많이 사용할수록 오류율이 낮아졌다. 이는 의학, 에너지 및 인공지능 등 분야를 완전히 변화시킬 수 있는 상업용 양자 컴퓨터를 구축하는 데 있어 중요한 한 걸음을 내디뎠음을 의미한다.

 

세월이 흐르면서 양자 컴퓨팅은 컴퓨터 과학에서 주목받는 연구 분야가 되고 있다. 비록 아직 초기 단계에 있지만, 전문가들은 향후 10년 동안 중대한 진전을 이룰 것으로 예상한다.

 

2025.01.26

(원문보기)  https://lx.huanqiu.com/article/4LELf0NSQYL

 

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