양자컴퓨팅quantum computing의 이해

 

양자 컴퓨팅quantum computing은 기초 물리학의 원리를 사용하여 매우 복잡한 문제를 매우 빠르게 해결하는 새로운 계산 방식입니다.

 
 

동전을 던져보세요. 앞면과 뒷면, 맞죠? 물론, 동전이 어떻게 떨어졌는지 확인해야 합니다. 하지만 동전이 공중에서 계속 회전하는 동안에는 앞면도 꼬리도 아닙니다. 두 가지가 모두 나올 확률이 어느 정도 있습니다.

이에 대한 내용이 양자 컴퓨팅의 단순화된 기초입니다.

디지털 컴퓨터는 수십 년 동안 우리가 정보를 더 쉽게 처리할 수 있도록 해왔습니다. 하지만 양자 컴퓨터는 컴퓨팅을 완전히 새로운 차원으로 끌어올릴 준비가 되어 있습니다. 양자 컴퓨터는 컴퓨팅에 대한 완전히 새로운 접근 방식을 나타냅니다. 양자 컴퓨터는 오늘날의 컴퓨터를 대체하지는 못하지만, 양자 물리학의 원리를 사용하여 오늘날의 컴퓨터가 해결할 수 없는 매우 복잡한 통계적 문제를 해결할 수 있습니다. 양자 컴퓨팅은 맥킨지가 차세대 기술 트렌드 중 하나로 선정할 정도로 엄청난 잠재력과 추진력을 가지고 있습니다. 새로운 양자 기술의 세 가지 주요 분야 중 하나인 양자 컴퓨팅만 해도 2035년까지 약 1조 3,000억 달러의 가치를 창출할 수 있습니다.

노트북과 스마트폰을 구동하는 기술인 클래식 컴퓨팅은 비트를 기반으로 합니다. 비트는 0 또는 1을 저장할 수 있는 정보 단위입니다. 반면, 양자 컴퓨팅은 0과 1을 저장할 수 있는 양자 비트, 즉 큐비트를 기반으로 합니다. 큐비트는 0과 1의 모든 조합을 동시에 나타낼 수 있는데, 이를 중첩이라고 합니다.

기존 컴퓨터는 여러 변수가 있는 문제를 풀 때 변수가 변경될 때마다 새로운 계산을 수행해야 합니다. 각 계산은 하나의 결과에 이르는 단일 경로입니다. 그러나 양자 컴퓨터는 작업 공간이 더 넓기 때문에 동시에 수많은 경로를 탐색할 수 있습니다. 이러한 가능성은 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 훨씬 더 빠를 수 있다는 것을 의미합니다.

그러나 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터로는 너무 복잡한 문제를 처리할 수 있다는 최초의 실제 증거는 2019년, 구글이 양자 컴퓨터가 중대한 돌파구를 마련했다고 발표하면서, 기존 컴퓨터로는 1만 년이 걸렸을 문제를 200초 만에 해결했다고 발표할 때까지 나오지 않았습니다.

이는 컴퓨팅의 중요한 이정표였지만, 양자 컴퓨터가 해결한 문제는 실제 세계에서 전혀 사용되지 않았기 때문에 실용적이라기보다는 이론적 도약에 가까웠습니다. 하지만 양자 컴퓨터가 우리 삶에 실질적인 영향을 미칠 시기가 빠르게 다가오고 있습니다. 방법을 알아보려면 계속 읽어보세요.
 
 

양자 컴퓨터는 어떻게 문제를 해결하나요?

오늘날의 고전적인 컴퓨터는 비교적 간단합니다. 제한된 입력 세트로 작업하고 알고리즘을 사용하여 답을 뱉어내며, 입력을 인코딩하는 비트는 서로에 대한 정보를 공유하지 않습니다. 양자 컴퓨터는 다릅니다. 우선 큐비트에 데이터가 입력되면 큐비트는 다른 큐비트와 상호 작용하여 다양한 계산을 동시에 수행할 수 있습니다. 이것이 바로 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 작동할 수 있는 이유입니다. 하지만 이것이 끝이 아닙니다. 양자 컴퓨터는 고전적인 컴퓨터처럼 하나의 명확한 답을 제공하는 것이 아니라 다양한 가능한 답을 제공합니다.

범위가 제한된 계산의 경우, 여전히 고전적인 컴퓨터가 선호되는 도구입니다. 그러나 매우 복잡한 문제의 경우 양자 컴퓨터는 가능한 해답의 범위를 좁혀 시간을 절약할 수 있습니다.
 
 

양자 컴퓨터는 언제 등장할까요?

양자 컴퓨터는 일반적인 데스크톱 컴퓨터와는 다릅니다. 상점에 가서 양자 컴퓨터를 구입할 수 있을 것 같지는 않습니다. 주요 문제를 해결할 수 있는 종류의 양자 컴퓨터는 소수의 핵심 플레이어가 운영하는 고가의 복잡한 기계가 될 것입니다.

향후 몇 년 동안 양자 컴퓨팅의 주요 업체와 소규모 스타트업 집단은 컴퓨터가 처리할 수 있는 큐비트 수를 꾸준히 늘릴 것입니다. 맥킨지는 2030년까지 약 5,000대의 양자 컴퓨터만 작동할 것으로 예상하고 있습니다. 가장 복잡한 문제를 처리하는 데 필요한 하드웨어와 소프트웨어는 2035년 이후에나 존재할 수 있습니다.

하지만 일부 기업은 그보다 훨씬 전에 양자에서 가치를 창출하기 시작할 것입니다. 처음에는 기업들이 지금 사용하는 것과 동일한 공급자로부터 클라우드를 통해 양자 서비스를 받게 될 것입니다. 이미 몇몇 주요 컴퓨팅 회사들이 양자 클라우드 서비스를 발표했습니다.
 

양자 컴퓨팅의 발전을 방해하는 장애물에는 어떤 것이 있나요?

양자 컴퓨팅의 발전을 가로막는 주요 장애물 중 하나는 큐비트가 휘발성이라는 점입니다. 오늘날 컴퓨터에서 비트는 1 또는 0의 상태일 수 있지만 큐비트는 이 두 가지의 가능한 모든 조합이 될 수 있습니다. 큐비트의 상태가 변경되면 입력이 손실되거나 변경되어 결과의 정확도가 떨어질 수 있습니다. 또 다른 개발 장애물은 중요한 혁신을 제공하는 데 필요한 규모로 작동하는 양자 컴퓨터는 잠재적으로 수백만 개의 큐비트를 연결해야 한다는 것입니다. 현재 존재하는 소수의 양자 컴퓨터는 그 숫자에 근접하지 못합니다.

클래식 컴퓨터와 양자 컴퓨터는 어떻게 함께 작동할 수 있을까요?

처음에는 천천히. 당분간은 양자 컴퓨팅이 고전 컴퓨팅과 함께 다변수 문제를 해결하는 데 사용될 것입니다. 한 가지 예를 들어보시겠습니까? 양자 컴퓨터는 재무 또는 물류 문제에 대한 가능한 솔루션의 범위를 좁혀 기업이 최적의 솔루션에 조금 더 빨리 도달할 수 있도록 도와줄 수 있습니다. 양자 컴퓨팅이 획기적인 발전을 이룰 만큼 충분히 발전하기 전까지는 이런 느린 발전이 일반화될 것입니다.

 

 

Image ⓒ McKinsey

 

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McKinsey, 1 May 2023