IBM 최신 양자컴퓨터발표, 양자 컴퓨터의 원리와 앞으로의 활용방안

 IBM은 새로운 양자 컴퓨터 프로세서 'IBM 퀀텀 헤론'을 선보였다. 기존 'IBM 이글'과 비교해 오류율이 5분의 1로 줄어드는 등 지금까지 출시된 IBM 양자 프로세서 중 가장 성능이 뛰어나다고 회사 측은 소개했다. 또한, 최초의 모듈형 양자 컴퓨터인 'IBM 퀀텀 시스템 투'도 공개했다. 이 시스템은 3개의 IBM 헤론 프로세서와 이를 지원하는 전자 제어 장치를 통해 가동된다. 슈퍼컴퓨터에 맞먹는 연산 속도를 갖춘 양자 컴퓨터를 선보인 것이다.  또 연산속도가 1112 큐비트에 달하는 '콘도르'도 공개됐다. 큐비트는 양자컴퓨터의 연산 단위로, 컴퓨터의 데이터 처리 용량인 비트를 지칭한다. 양자 컴퓨터의 연산 단위가 1000을 넘기면서 슈퍼컴퓨터에 필적한 성능을 갖추게 됐다는 분석이다. 양자컴퓨터 상용화 속도도 올리면서 인공지능(AI)에 밀려났던 양자컴퓨터 기술이 다시 대두될 것이란 전망도 나온다. 

IBM 퀀텀 헤론 프로세서 (사진 = IBM)

 

 

 IBM이 공개한 양자 컴퓨터의 핵심은 '큐비트'다. 큐비트는 양자컴퓨터의 연산 단위로, 기존 컴퓨터의 비트와 달리 0과 1을 동시에 표현할 수 있다. 이를 통해 기존 컴퓨터보다 기하급수적으로 빠른 연산이 가능하다. IBM은 큐비트의 개수를 늘려 성능을 개선해왔다. 이번에 공개한 '콘도르'는 큐비트 개수가 1112개에 달한다. 이는 기존 슈퍼컴퓨터의 연산 성능에 필적하는 수준이다. IBM은 양자컴퓨터의 상용화를 위해 연구를 지속하고 있다. 양자컴퓨터의 오류율을 낮추고, 안정성을 확보하는 것이 핵심 과제다. IBM은 7년간 연구를 통해 상용화 수준까지 성능을 개선했다는 평가를 받고 있다.

 IBM의 양자 컴퓨터 기술은 미국 로스앨러모스 국립연구소, 도쿄대학교, 캘리포니아주립 버클리대 등에서 양자 물리학 실험, 화학 공학 실험 등에 쓰일 예정이다.

 

IBM 양자 컴퓨터(사진 = IBM)

 

 

1. 양자컴퓨터의 원리

 양자컴퓨터는 양자역학의 원리를 이용하여 0과 1을 동시에 표현할 수 있는 큐비트를 사용하여 연산을 수행하는 컴퓨터이다. 기존의 컴퓨터는 이진법을 사용하여 0과 1을 두 가지 상태로 표현하여 연산을 수행한다. 그러나 양자역학에서는 입자가 동시에 두 가지 상태를 가질 수 있는 양자 중첩 현상이 존재한다. 즉 입자가 동시에 두 가지 값을 가질 수 있는 '중첩'과, 입자 간의 '얽힘'이라는 현상이 존재한다는 것이다. 이를 이용하여 큐비트는 0과 1을 동시에 표현할 수 있게 된다. 양자컴퓨터의 연산 속도는 큐비트의 개수에 비례하여 기하급수적으로 증가한다. 예를 들어, 100개의 큐비트를 가진 양자컴퓨터는 2^100개의 경우의 수를 동시에 계산할 수 있다. 이는 100개의 비트를 가진 고전 컴퓨터가 2^100개의 경우의 수를 계산하는 데 걸리는 시간의 2^90배에 해당한다.

 

 

2.  양자컴퓨터의 활용방안

 1)기초과학 연구
양자컴퓨터는 우주, 물질, 생명체 등 복잡한 현상을 연구하는 데 활용될 수 있다.  우주 탄생의 원리를 연구하거나, 신약 개발을 위한 새로운 화합물을 도출할 수 있다.

2) 소재 개발
양자컴퓨터는 새로운 소재를 개발하는 데 활용될 수 있다. 고효율 태양전지, 저전력 반도체, 강력한 자석 등을 개발할 수 있다.

3) 제약 산업
양자컴퓨터는 신약 개발을 가속화하는 데 활용될 수 있다. 후보 약물의 효과와 부작용을 예측하거나, 최적의 치료법을 도출할 수 있다.

4) 금융 산업
양자컴퓨터는 금융 산업의 위험을 줄이는 데 활용될 수 있다.  금융 사기 행위를 감지하거나, 최적의 투자 전략을 수립할 수 있다.

5) 군사
양자컴퓨터는 군사 분야에서도 활용될 수 있다.  양자컴퓨터를 이용하면 암호 해독, 무기 개발 등을 보다 효과적으로 수행할 수 있다.

 

 

3.  IBM의 양자컴퓨터 기술 상용화 전망

 IBM은 7년간 연구한 끝에 양자컴퓨터의 상용화 수준까지 성능을 개선했다. 이는 기존에 양자컴퓨터가 상용화하기 어렵다는 비관론을 뒤엎는 결과다. IBM은 앞으로도 양자컴퓨터 기술을 개발하고 상용화하기 위해 노력할 계획이다. IBM의 양자컴퓨터 기술 상용화는 인공지능(AI)에 밀려났던 양자컴퓨터 기술의 부활을 의미한다. 양자컴퓨터는 다양한 분야에서 혁신을 가져올 것으로 기대된다.

 

 IBM은 2025년까지 상용 양자컴퓨터를 출시하겠다는 목표를 세우고 있다. 양자컴퓨터의 상용화가 이루어진다면, 기존의 컴퓨터를 능가하는 성능을 바탕으로 다양한 분야에서 혁신을 가져올 것이다. 즉 기초과학 연구, 소재 개발, 제약 산업, 금융 산업 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 전망된다. 양자컴퓨터의 본격적인 상용화가 시작되면, 사회 전반에 걸쳐 혁신적인 변화가 일어날 것으로 기대된다.