최근 양자컴퓨터 기술 발전에 대한 논의가 뜨겁다. 미국 마이크로소프트가 개발한 286 컴퓨터가 아득한 먼 옛날 이야기로 기억될 만큼, 컴퓨터는 이미 첨단 계산 능력에 힘입어 21세기 과학기술의 발전을 주도하고 있고 통신기술과 정보 전달 매개체로서도 또한 일취월장하고 있다.
고도로 발달한 사회는 고도로 발달한 컴퓨터 능력을 요구하고 있는데 그 연장선상에서 주목받고 있는 것이 바로 양자컴퓨터이다. 양자컴퓨터의 기술 개발은 현재진행형으로, 앞으로도 지속적인 논의가 필요시된다.
양자컴퓨터는 양자이론에 입각하여 설계된 컴퓨터로서 1981년 미국 아라곤 국립연구소의 폴 베니오프(Paul Benioff)가 최초로 양자컴퓨터 기본 이론을 제기한 바 있다. 컴퓨터는 0과 1을 구분해서 연산을 수행하는 반면, 양자컴퓨터는 0과 1 모두 동시 인식으로 연산 수행이 가능하여 연산 역량이 기하급수적으로 상승하게 되는 장점이 있다.
연산 정보의 기본 단위는 비트인데 0과 1이라는 두 가지 비트가 중첩된 상태로 존재한다는 것이다. 현대 양자컴퓨터 모델의 핵심 기술이 바로 이런 중첩이론이다. 기존 컴퓨터의 연산 능력은 0과 1을 구분해서 수행했기 때문에 연산 능력과 처리 속도에 한계가 존재했다.
게다가 양자컴퓨터는 양자의 운동방식을 확정할 수 없기 때문에 연산 능력이 폭발적으로 높아지게 된다. 둘 이상의 양자가 운동하면서 서로 충돌하게 되는데 어느 하나의 입자의 행위는 다른 입자 상태에 영향을 주게 된다. 이런 현상은 거리가 가깝고 먼 것에 관련이 없다.
둘 이상의 양자가 충돌하면서 연산 역량이 급격히 상승하는 충돌이론 또한 양자컴퓨터의 구성 원리에 해당한다. 기존 컴퓨터의 운행 속도는 오로지 일정 온도 하에서만 비로소 보증할 수 있었으나, 양자컴퓨터 작동에 최적화한 온도는 낮으면 낮을수록 좋다.
섭씨 영하 273도인 절대온도 0가 되면 원자의 독특한 성질인 회전 운동이 외부 자기장에 같은 방향으로 정렬하게 되어 궁극적으로 양자컴퓨터 연산 능력의 효율성이 극대화되기 때문이다.
그 결과 기존 컴퓨터 운영 과정에서 발생하는 에너지 소모 문제는 양자컴퓨터 사용 과정에서 오히려 에너지 사용의 효율성이 극대화되어 만성적인 에너지 소모 문제가 해결될 수 있다. 상기 내용으로부터 기존 컴퓨터보다 수십배 내지 수백배 뛰어난 연산 역량을 자랑하는 양자컴퓨터의 위력이 입증되면서, 최근 세계 각국 정부를 비롯하여 미국 마이크로소프트를 포함한 굴지의 다국적 대기업들이 양자컴퓨터 기술 개발을 위해 전력투구를 하게 된다.
그러면 양자컴퓨터 발전에 관한 중국의 현황은 어떠한가? 중국은 2017년 5월 3일 중국과학원 판지엔웨이 단체가 만든 光양자컴퓨터가 기존의 컴퓨터를 멀찌감치 뛰어넘는 거대한 연산 능력을 선보이게 된다.
이것은 최초에 2016년 10개의 光양자 추돌 조종의 기반 위에 光양자컴퓨터 원형기 제작에서 비롯된 것으로, 표본 추출 속도가 기존 컴퓨터의 2만 4천배에 달하는 엄청난 기록을 달성한다. 光양자컴퓨터는 인류가 최초로 개발한 컴퓨터 에니악(ENIAC)과 트랜지스터 컴퓨터(TRADIC) 운행 속도를 10배에서 100배 가까이 상승시켰다.
2017년 연말 중국 과학기술 관련 단체에서는 대략 20여개 이상의 光양자 비트의 조종을 실현시킨 것으로 집계되었고, 미국이 보유한 9개의 양자 비트 조종 기록도 갈아치웠다. 자체적으로도 10 비트의 초전도 양자 회로 제품을 개발함으로써 세계 최대 자릿수의 초전도 양자 비트 충돌을 실현하게 된다.
중국 알리바바 그룹 차원에서는 NASA 프로젝트라는 과제를 설정하여 10년 내지 20년 이후의 난제를 해결하기 위해 연구를 진행한다는 계획도 발표한 바 있다. 이외에 특정 중국과학기술연구단체에서 10개의 초전도 양자 비트 조종을 완성함으로써, 세계 최대 자릿수를 보유한 초전도 양자 비트의 충돌 및 측량 기록을 깨뜨리는 위업을 달성하게 되었다.
이런 양자컴퓨터의 활용 가치는 무궁무진하다. 양자이론과 양자컴퓨터 과학 연구가 심도 있게 진행되면서 양자컴퓨터와 양자 정보는 이미 군사, 경제, 과학, 정보, 통신 등 각종 영역에 광범위하게 응용되고 있으며, 경제적 효용 가치도 수치화하기 어려울 정도이다.
이론적으로 50 큐비트에 도달하게 되면 특정 문제나 특수 실험 환경에 대한 연산 능력은 이미 현존 슈퍼컴퓨터를 뛰어넘는 수준으로 발전하게 된다. 컴퓨터 연산에 오랜 시간이 소요되는 난제 또한 양자컴퓨터를 사용하면 단시간 내에 해결된다. 양자컴퓨터는 인류에 가장 정확한 일기예보와 고도로 정확한 각종 실험 통계자료를 제공해 줄 수 있고, 효과적인 약품 발견에도 도움을 줄 수 있다.
2015년 7월 30일에는 중국 상하이에서 중국과학원 및 알리바바 양자컴퓨터 연구실이 정식 성립되어 알리 클라우드(阿里云)가 클라우드 컴퓨팅과 양자 컴퓨팅 기술을 결합한 기술 혁신을 세상에 내놓게 된다. 중국과학원 또한 양자컴퓨터 기술 개발에 뛰어들게 된다.
물론 현재 인류가 사용하고 있는 컴퓨터 기술 또한 상당 부분 발전을 거듭했고, 그 많은 데이터 저장 역량을 다 채우고도 모자랄 정도로 거대한 단위의 작업 분량 및 연산 능력을 지구촌 모든 사람들이 다 갖출 필요는 없다.
따라서 앞으로 양자컴퓨터가 자신의 영역을 점차 확보하고 인류가 보편적으로 양자컴퓨터를 상용화하는 시기까지는 상당 기간이 소요될 전망이다. 그럼에도 불구하고 양자컴퓨터는 기상관측, 암호 해독, 바이오의학 및 인공지능 방면에 기존 관념을 뛰어넘는 혁신을 가져오게 된다.
과학기술자들의 노력 하에 양자컴퓨팅 기술의 향상은 과학 뿐만 아니라 사람들이 살아가는 경제 발전에도 매우 깊은 영향을 끼치게 될 것이다. 중국의 이런 노력을 보면서 한국에서도 양자컴퓨터 기술 개발에 대해 활발한 논의가 진행되기를 희망한다. 물량 공세를 통해 단기간에 첨단 기술을 개발할 수 있고, 그 결과 기존의 시장점유율 및 판도에 변화를 줄 수 있는 나라가 중국이기 때문이다.[파이낸셜신문]
