양자컴퓨터 기본이해

인공지능(AI), 자율주행 자동차, 양자컴퓨터 같은 첨단 기술들은 머지않아 미래를 획기적으로 바꿔놓을 대표적 기술로 꼽힙니다. 챗 GPT 등장이후 세상을 놀라게 하고 있는 AI나, 세계 곳곳을 누비고 다니는 자율주행은 어느정도 상용화가 이루어져 어떤 기술인지 알고 있습니다. 하지만 ‘양자컴퓨터’는 이름도 생소할 뿐만 아니라, 아직 어떤 기술인지 쉽게 떠오르지 않는 게 사실입니다. 양자컴퓨터는 기존의 컴퓨터와는 비교할 수 없을 정도로 잠재력이 엄청나다는 평가를 받고 있으며, 뛰어난 성능으로 세상을 바꿀 게임 체인저라는 말들을 합니다.

구글의 양자컴퓨터

구글의 양자컴퓨터는 세계에서 가장 성능이 좋은 슈퍼컴퓨터인 ‘프런티어’가 10자(10²⁵)년 걸려 풀 수 있는 문제를 단 5분 만에 해결할 수 있을 정도로 다른 차원의 성능이라고 합니다. 상상할수도 없는 힘든 수준의 성능이다 보니, 구글이 처음 이 양자컴퓨터를 발표했을 땐 암호화폐를 포함한 가상자산 시장이 출렁이기도 했습니다. 암호화폐의 강점은 기존 컴퓨터로 뚫을 수 없는 고도의 보안성인데, 양자컴퓨터는 이조차 쉽게 풀어버릴 수 있을 거라는 예상이 나왔기 때문입니다. 아직 그 수준까지 가려면 갈 길이 멀었다는 분석이 우세하지만, 양자컴퓨터가 가상화폐를 포함한 많은 것에 영향을 미칠 수 있다는 것을 알 수 있는 현상이었습니다.이런 이유에서인지 올해 7일부터 미국 라스베이거스에서 열린 세계 최대 가전·IT(정보기술) 박람회인 'CES 2025' 에도 양자컴퓨팅 부문이 신설돼 언론의 이목을 집중시켰습니다.

구글이 작년 12월 공개한 양자컴퓨터 칩 '윌로' /자료=구글

기존컴퓨터 VS 양자컴퓨터

기존컴퓨터는 반도체를 기억소자(데이터 저장을 위한 장치)로 사용하지만 양자컴퓨터는 ‘원자’를 기억소자로 활용합니다. 정말 작은 단위인 만큼 현대물리학 분야인 ‘양자역학’의 원리를 활용할 수 있게 되면서, 컴퓨터의 한계를 뛰어넘을 수 있다고 합니다. 사실 물리학자가 아닌이상 쉽게 이해할 수 없는 개념입니다. 일반인이 이해하기에는 기존 컴퓨터보다 연산 능력이 비약적으로 개선된다는 것만 알 수 있을 뿐입니다.

양자컴퓨터는 기존의 디지털 컴퓨터와는 완전히 다른 방식으로 정보를 처리하는 차세대 계산 기기입니다. 양자컴퓨터 개념을 조금이나마 이해하려면 살펴볼 필요가 있는 용어가 바로 ‘큐비트’입니다. 기존 컴퓨터는 데이터를 0과 1로 이루어진 비트(bit)로 처리하지만, 양자컴퓨터는 큐비트(qubit)를 사용하여 중첩(superposition)과 얽힘(entanglement) 같은 양자역학적 원리를 활용합니다. 이러한 특성 덕분에 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터로는 불가능하거나 수백 년이 걸릴 계산을 매우 짧은 시간 안에 수행할 잠재력을 가지고 있습니다. 

특징	기존 컴퓨터	양자컴퓨터
데이터단위	비트(Bit)	큐비트(Qubit)
정보 상태	0 또는 1	0과 1의 중첩 상태
연산 방식	순차적 처리	병렬적 처리
연산 속도	특정 한계 존재	이론적으로 지수적 속도 향상
응용 분야	일반적인 계산 작업	복잡한 문제 해결 (예: 최적화, 암호 해독 등)

양자컴퓨터의 오류발생률

양자컴퓨터 활용이 본격화되면 산업 전반에 막대한 영향을 미칠 수 있다는 것은 쉽게 알 수 있는 사실입니다. 양자컴퓨터의 상용화는 AI의 수준도 높아질 것이며, 자연스럽게 자율주행이나 로봇 기술도 급격히 발전할 것입니다. 제약 분야나 신소재 개발, 우주공학 같은 분야에서도 완전히 새로운 시대가 열릴 거라는 예상을 하고 있습니다.

하지만, 양자 상태는 매우 민감하여 외부 환경의 영향을 받기 쉽습니다. 온도‧진동‧전자기장 같은 작은 변화에도 큰 영향을 받습니다. 모든 물질의 분자활동이 멈추는 절대영도(-273.15도)에 가까운 온도에서 작동하는 등 관리가 어렵고 초저온 환경을 유지해야 하므로 높은 비용이 소요됩니다. 이 때문에 오류율을 억제하는 것도 꽤 어려운 과제라고 합니다. 양자컴퓨터의 오류 발생률은 약 0.1%로 알려져 있습니다. 0.1% 커보이지 않지만 자율주행 기술이나, 우주항공분야등 정밀도를 요하는 분야에서 이러한 작은 오차는 엄청난 결과로 다가올 수 있기에 더욱더 신경이 쓰이는 부분인 것입니다. 물론 구글이 지난해 말 공개한 양자컴퓨터용 ‘윌로(Willow) 칩’은 오류 발생률을 기존대비 많이 낮추었다고 합니다.

결 론

양자컴퓨터는 기존 컴퓨터의 한계를 뛰어넘는 새로운 가능성을 제시하며, 과학, 기술, 경제 등 다양한 분야에서 혁신을 일으킬 잠재력을 가지고 있습니다. 하지만 상용화되기까지는 기술적 도전 과제를 해결해야 하며, 이는 앞으로의 연구와 발전에 달려 있습니다. 양자컴퓨터는 단순히 컴퓨터 기술의 발전을 넘어서, 우리가 문제를 해결하고 세상을 이해하는 방식을 근본적으로 바꿀 수 있는 강력한 도구입니다.