양자컴퓨터 개념에 대해서 이야기해봅시다.
양자컴퓨터 개념에 대한 설명
양자컴퓨터 개념(Quantum Computer)은 차원이 다른 속도로 계산하는 컴퓨터입니다.
기존 컴퓨터는 0과 1만 구분할 수 있지만 양자 컴퓨터는 0과 1을 공존 시킬 수 있습니다. 기존의 0과 1만 구분할 수 있는 비트 체계 보다 더 많은 정보를 갖는 양자 비트를 사용하기 때문에 이론적으로 현재 존재하는 최고의 슈퍼 컴퓨터로도 수백 년이 걸려도 풀기 어려운 문제를 양자 컴퓨터로 몇 초 안에 풀 수 있는 어마어마한 속도를 낼 수 있을 것으로 전망되는 개념입니다.
양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터와 완전히 다른 원리로 작동합니다.
기존 컴퓨터의 경우 비트로 계산하는 방식입니다. 하지만 양자 컴퓨터는 양자 계산 방식으로 고전적인 계산 방식으로 불가능한 영역까지 계산할 수 있게 됩니다. 양자 컴퓨터의 양자 계산 방식은 고전적인 컴퓨터 계산 방식의 계산들을 모두 커버하면서도 소인수분해, 최적화, 머신러닝 영역까지 확대하여 계산할 수 있습니다. 따라서 양자 컴퓨터의 양자 계산은 기존 컴퓨터의 고전 계산보다 더 상위 개념입니다.
기존 컴퓨터에서 다루는 정보의 최소 단위는 비트(Digit, Bit, Binary)으로 항상 명확하게 0과 1 둘 중 하나로 표현되지만 양자 컴퓨터에서 다루는 정보의 최소 단위는 큐비트로 0이나 1의 명확한 상태로 남아 있을 필요가 없고 동시에 두 가지 비율의 상태(중첩)가 될 수 있습니다.
큐비트는 0 또는 1의 중첩 가능성을 가지고 있어서 예측이 불가능한 상태이며 복사도 불가능합니다. 하지만 측정되는 순간은 하나의 명확한 상태이며 양자 컴퓨터는 큐비트를 모아 놓는 구조입니다. 양자 컴퓨터에서는 큐비트가 많을 수록 더 강력해집니다.
양자컴퓨터 개념에 대한 내용
양자컴퓨터 개념(Quantum Computer)은 양자 비트와 양자 계산을 이용하는 컴퓨터입니다.
양자컴퓨터는 중첩(Superposition), 양자 얽힘(Quantum Entanglement), 텔레포테이션(Telepotation)과 같은 양자역학 원리를 이용하여 계산하는 컴퓨터를 뜻합니다. 여기서 양자역학은 양자론의 기초를 두고 있는 물리학 이론으로 원자, 분자, 소립자와 같은 미시적 대상에 적용하는 학문입니다. 양자역학 영역에서는 거시적인 현상에서 설명되는 보편적인 물리학과 역학 개념과 상반되는 원리가 적용되는 경우가 많습니다.
약자 역학이 등장하면서 물성 물리학을 비롯하여 물리학 분야에 큰 발전이 있었습니다. 그리고 이러한 양자역학이 컴퓨터 영역에도 적용되어 큰 발전을 이룬 것입니다.
즉 양자 컴퓨터는 “중첩”, “와해(Collapse)”, “양자 얽힘” 과 같은 큐비트의 원리를 사용합니다. 양자 컴퓨터는 큐비트의 중첩과 얿힘 속성을 이용하여 양자 연산을 하게 되며 이를 통해 많은 연산의 결과를 동시에 얻어 낼 수 있습니다. 이러한 특징으로 고도화된 검색 엔진 영역에도 활용될 수 있는 기술입니다.
통상적인 컴퓨터가 다루는 비트는 0 또는 1 중 하나의 값을 갖지만 양자 비트는 0과 1 양쪽을 효율적으로 동시에 갖는 성질이 있어서 한번에 4가지 종류의 정보를 다룰 수 있습니다. 이러한 특징은 암호 해독 원리와 유사하며 조합을 조사하여 해답을 구하는 영역에 강하기 때문에 슈퍼 컴퓨터 보다 더 빠르게 문제를 풀 수 있게 됩니다.
양자 비트의 경우 양자 중첩을 통해서 00, 01, 10, 11의 모든 조합이 일정한 확률로 동시에 존재하게 됩니다. 양자 알고리즘(Algorithm)으로 이러한 확률을 조작하여 한 번의 계산으로 복수의 양자 조합 중 정답인 항을 이끌어 내는 양자 비트와 양자 계산 원리가 사용됩니다.
양자 컴퓨터의 성능은 슈퍼컴퓨터로 1,000억 년이 걸릴 수 있는 계산 문제를 단 몇 시간 안에 계산할 수 있는 성능입니다. 암호 해독 영역에서는 소인수 분해 등 방대한 조합 계산이 필요하기 때문에 현재의 컴퓨터와 슈퍼 컴퓨터로는 할 수 없는 시간이 필요하지만 양자 컴퓨터를 활용하게 될 경우 현실적으로 가능한 시간에 해독할 수 있게 됩니다. 즉, 양자 컴퓨터는 암호 해독과 같은 조합 문제에 강합니다.
양자컴퓨터 개념에 대한 이해
양자컴퓨터 개념(Quantum Computer)은 양자 이론을 사용한 완전히 새로운 컴퓨터입니다.
양자컴퓨터 개념은 양자 역학에 기반을 두고 있습니다. 양자 역학의 경우 어떤 물리학 보다 높은 정확성을 가지고 있는 물리학 이론입니다. 양자 역학은 미시 세계 현상을 연구하는 분야입니다.
현재 기존 컴퓨터의 경우 집적회로 공정 기술이 진화하면서 반도체 집적회로의 성능이 약 2년마다 2배 증가하고 생산 비용은 절반으로 떨어진다는 “무어의 법칙“이 성립하던 시대가 있었습니다. 하지만 이제 더 이상 무어의 법칙이 성립하지 않는 한계점에 도달하고 있습니다. 이제 더 이상 컴퓨터 성능 형상을 위해서 컴퓨터 부품들이 초소형화와 고밀화가 물리적으로 진행되기 점점 어려워지고 있는 것입니다. 그리고 이러한 한계점에 대한 해결책으로 양자 컴퓨터가 새로운 대안으로 부상하게 되었습니다.
자율주행, 인공지능(AI)과 인공지능과 관련된 머신러닝과 딥러닝 기술, 암호 해독과 같은 앞으로 인류가 해결해야 하는 수 많은 난제들을 해결해 나가야 하는 상황이지만 기존의 컴퓨터로는 해결하기 어려운 한계점에 도달했기 때문에 양자 컴퓨터로 새로운 활로를 개척하게 되는 시대가 예상됩니다.
양자 컴퓨터 개발을 위해서 전세계적으로 초대형 IT 대기업들과 국가들이 엄청난 규모의 자금을 투입하면서 연구를 진행하고 있습니다. 실제 구글에서는 2019년에 “시카모어 프로세스”를 선보이면서 슈퍼 컴퓨터로 1만 년 걸리는 계산을 200초 만에 계산하는 54 큐비트 성능 기술을 증명하였습니다.
양자컴퓨터는 암호를 해독하거나 더 강력하고 강화된 암호화 방식을 만드는 영역에 활용될 수 있습니다. 또한 양자 컴퓨터를 통해 대규모 시뮬레이션 영역에 활용될 수 있습니다. 인공지능의 머신러닝과 딥러닝 기술에서 빅데이터를 분류하고 클러스터링하며 기존 컴퓨터보다 더 빠르게 계산할 수 있도록 하여 인공지능을 한 층 더 고도화시킬 수 있을 것입니다.
양자 컴퓨터를 활용하여 구현할 수 있는 내용들은 공상 과학 같지만 실제 현실화 되고 있어 앞으로의 인류 발전이 어떻게 흘러갈지 매우 기대되는 사항입니다.
인공지능이 사람을 능가하는 시점인 기술적 특이점(Singularity)과 같이 양자컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 빨라지는 시점을 양자우위(Quantum Supremacy)라고 부릅니다.