안녕하세요, 송송입니다.
오늘은 최근 Google이 선보인 양자칩 'Willow'에 대해 아시나요? 슈퍼 컴퓨터가 최고인데, 이를 뛰어넘는 양자 컴퓨터를 개발하니 뭐니 그랬었죠?
저도 신기한 내용이라 같이 알아보는 시간 가져볼게요.
▶ 양자칩이란 무엇인가?
- 양자칩은 양자 컴퓨터의 핵심 부품으로, 양자역학의 원리를 바탕으로 작동하는 큐비트(Qubit)를 구현하고 제어하는 역할을 하죠.
.... 큐비트(Qubit)는 뭐야?
▶ 기본 단위 : 비트 vs 큐비트
1) 클래식 컴퓨터
- 기존 우리가 사용하는 컴퓨터는 정보를 비트(Bit)라는 기본 단위를 사용해서 처리하고 있습니다.
다들 학창시절에 정보 과목시간에 배우셨을거에요.. (과목이 맞는지 모르겠네요)
비트는 0 또는 1, 두 가지 값 중 하나만 가질 수 있습니다.
예를 들면, 4비트로 나타낼 수 있는 상태는 0000, 0001, 0010 ~ 1111 총 16가지 경우 중 하나에 불과하죠
2) 양자 컴퓨터
- 양자 컴퓨터는 양자 비트(Qubit)라는 단위를 사용한다고 합니다.
큐비트는 양자역학의 원리를 기반으로 0과 1의 상태를 동시에 가질 수 있는 양자 중첩(Superposition) 상태를 활용하죠.
이게 무슨말이냐.. 기존 컴퓨터는 4비트에서 1개씩 총 16번의 경우의 수를 거쳐 계산이 들어가지만, 양자 컴퓨터에서 4개의 큐비트는 16가지의 상태를 동시에 표현이 가능하다는 얘기죠.
쉽게 말해, 기존의 직렬방식 계산 대신, 병렬 연산으로 진행되는것입니다.
결과적으로 양자칩은 기존 컴퓨터와는 전혀 다른 방식으로 데이터를 처리하며, 기하급수적으로 많은 계산을 단시간에 처리할 수 있습니다.
▶ 양자칩 개발이 왜 중요한가?
빠른 계산 능력... 이게 과연 혁신이고 첨단 기술인가? 계산 능력만 특화되었다고 해서, 세계가 놀라진 않을 겁니다.
그럼 양자칩의 영향은 어떤게 있을까요?
1) 연산 속도의 혁신
- 앞서 말씀드렸듯, 양자 컴퓨터는 특정 문제에서 기존 슈퍼 컴퓨터로 수백만년이 걸리는 계산을 단 몇 분 만에 처리할 수 있습니다.
이번 구글에서 제작한 윌로우칩은 슈퍼 컴퓨터로 10.7조년이 걸리는 문제를 단 5분만에 해결했다고 하죠... (어마무시합니다)
2) 복잡한 문제 해결 능력
- 기존 컴퓨터로 해결이 어려운 복잡한 문제들, 예를들어 복잡한 기후 모델링, 신약 개발, 신소재 발견 등 여러 분야에서 실력을 발휘할 수 있습니다.
지금도 각 국의 기상청은 슈퍼 컴퓨터로 계산하여 날씨를 예측하고 있죠. 그런데도 매번 오보로 인한 불만이 많죠. 양자 컴퓨터가 개발되면 복잡한 대규모 기후 데이터도 더 정밀하게 예측하게 될겁니다.
복잡한 분자를 재배치해야하는 신약 개발 분야에서도 양자 컴퓨터를 활용한 분자 모델링 시뮬레이션을 통해 현재 해결하지 못한 병을 치유할 수 있을지도 모릅니다.
3) 암호화 기술의 재편
- 우리가 관심갖고 있는 암호화폐 일명 비트코인!! 암호화로 화폐 가치를 하고 있죠. 만약 양자 컴퓨터가 있다면, 지금의 암호 화폐도 충분히 해킹할 수 있을 것입니다.
실제로, 구글의 윌로우를 발표할때, 비트코인이 약 7% 하락했었다가 정상화 되었다고 하죠.
물론, 해킹도 할 수 있지만 좋은 방향으로는 더욱 복잡한 암호화 기술을 선도 할 수 있다는 점입니다.
▶ 양자칩 기술의 한계와 향후 계획
상용화가 되기 전, 연구 단계에 있는 지금 수 많은 기술적 한계들이 있을겁니다.
1) 오류 문제
- 현재 큐비트는 외부 환경에 매우 민감하여 오류 발생률이 높습니다. 월로우에서는 100개의 큐비트를 사용했지만, 실제로 상용화가 되기 위해서는 백만~ 천만개의 큐비트를 오류 없이 설계해야하죠.
2) 환경 제어 문제
- 양자칩은 극저온 환경에서만 안정적으로 작동합니다. (보통 우리 가정집에서 절대적으로 사용이 어렵죠)
한때 뜨겁게 한국을 달궜던 초전도체! 초전도체도 극저온 환경에서 이루어지기 때문에 현재 상용화가 되지 못하고 있는것과 같습니다.
구글은 1990년대부터 이 기술을 연구하기 시작했는데요, 30년이 지난 지금 약 100개의 큐비트를 탑재 할 수 있었습니다.
다만, 눈여겨봐야할 점은 구글에서 이 양자 기술이 향후 50년, 30년이 아닌 5년 후 비약적인 발전으로 다시 선보이겠다고 발표했죠.
앞으로 인류의 기술 발전이 얼마나 빠를까요?
15년 전만해도 우린 핸드폰은 전화, 문자의 수단이었지만 스마트폰의 등장 이후 핸드폰 하나로 모든 일을 할 수 있게 된 것 처럼 양자칩의 발전이 인류의 문화를 확 바꾸는 계기가 될지도 모르곘습니다.
다음 포스팅으로 찾아뵙겠습니다!