양자컴퓨터의 이해

4차 산업혁명 완성할 양자컴퓨터
1억 배 빠른 미래형 컴퓨터 … 원리와 개발현황, 미래사회 조감도 제시

양자컴퓨터 개념이 등장한 지 반세기 만인 2015년, 구글은 1억 배 빠른 컴퓨터를 개발했다고 발표했다. 구글, MS, IBM을 비롯해 세계 각국은 개발 경쟁을 본격화하고 있다. 불가능할 것이라 예상했던 일이 현실화되면서 상용화 가능성과 변화될 세계에 관심이 커지고 있다. 양자컴퓨터는 양자물리학의 중첩 원리를 이용한 미래형 컴퓨터다. 상용화 가능성을 점치기 어렵지만 개발이 완료되면 세계를 뒤흔들 게임체인저가 될 것이라는 점은 분명하다. 양자컴퓨터가 등장하면 사회 전반에 콴툼점프(quantum jump) 현상이 일어날 것이다. 주변 기술을 빠른 속도로 혁신하고 각종 산업을 재편할 것이다. 기존 암호화기술의 체계가 흔들리고 블록체인이 무너질 수도 있다. 많은 사람이 빠른 유속을 견디지 못하고 자신의 자리를 잃게 될지도 모른다.

이 책은 양자물리학의 기초 이론을 토대로 양자컴퓨터의 개념을 이해하기 쉽게 설명한다. 양자컴퓨터의 원리와 활용 범위를 분석하고 연구 경과와 개발 현황을 살핀다. 양자컴퓨터의 개발가능성을 타진하며 바람직한 상용화 방향이 무엇인지 고찰한다. 나아가 양자컴퓨터가 등장하면 사회가 어떤 모습으로 변할지 전망한다. 저자는 4차 산업혁명이 양자컴퓨터에 의해 완성될 것이라고 말한다. 양자컴퓨터를 올바르게 상용화하려면 기초기술을 하나씩 다져 가면서 개발하고, 4차 산업혁명 기술과 결합해야 한다. 총체적인 경쟁력을 확보하기 위해 인공지능, 사물인터넷, 모바일데이터 통신과 나란히 발전시켜야 한다. 세상을 움직이는 기술은 가장 뛰어난 기술이 아니라, 누구나 쉽게 쓸 수 있고 언제 어디서나 사용할 수 있는 기술이다.

양자컴퓨터의 시작은 양자물리학에서부터다. 1927년 벨기에에서 열린 제5차 솔베이 회의에 세계 물리학계의 거물들이 모였다. 그 자리에서 닐스 보어가 양자물리학을 이해하는 새로운 관점인 ‘코펜하겐 해석’을 발표했는데, 아인슈타인이 그의 주장에 반기를 들었다. 아인슈타인은 자연현상은 확률에 의한 방법이 아니라 엄격한 인과법칙으로 설명해야 한다고 주장했다. 축제처럼 시작된 회의에는 전운이 감돌기 시작했다. 팽팽한 토론을 마치고도 아인슈타인은 끝내 보어의 해석을 인정하지 않았다. 그러나 이후 “신은 주사위 놀이를 하지 않는다”라는 말로 대표되는 아인슈타인의 결정론적 관점은 힘을 잃는다. 이 회의를 계기로 대부분의 물리학자가 양자물리학을 중요한 흐름으로 인정했기 때문이다. 아인슈타인의 전철을 밟지 않으려면 새로운 기술에 대해 끊임없이 고찰해야 한다. 변화하는 세상은 지금까지 경쟁력이라고 생각했던 힘을 거부하고 우리에게 새로운 능력과 기술을 요구한다.

지금보다 1억 배 빠른 컴퓨터가 나온다면 세상은 또 얼마나 많이 변할까? 양자컴퓨터는 양자물리학의 중첩 원리를 이용한 미래형 컴퓨터다. 아직 초기단계 개발에 머물러 있지만 개발이 완료되면 세계를 뒤흔들 게임체인저가 될 것이 분명하다. 이 책은 양자물리학과 양자컴퓨터의 개념과 원리, 개발 현황을 알기 쉽게 소개한다. 양자컴퓨터의 개발가능성을 타진하고 바람직한 상용화 방향이 무엇인지 고찰한다. 양자컴퓨터에 의해 새롭게 변할 사회의 모습을 전망하며 조감도를 제시한다. 4차 산업혁명을 완성할 양자컴퓨터의 세계로 친절히 안내한다.

김석준
(재)인천창조경제혁신센터의 센터장이다. 서울대학교 경영학과를 졸업했고 카이스트(한국과학기술원)에서 경영과학으로 석사와 박사학위를 받았다. 박사학위 논문은 “마이크로셀룰라 이동통신에서의 위치등록과 페이징에 관한 연구”(1996)다. KT에서 마케팅 및 사물인터넷 등 신사업 기획을 담당하는 상무를 역임했고, 사물인터넷과 인공지능 등 4차 산업혁명 전문가로 활동했다. 건국대학교 기술경영학과 초빙교수 기간 동안 “정보통신기술과 경영” 등 문과생에게 ICT 기술의 중요성에 대한 강의를 했다. 현재는 인천창조경제혁신센터에서 스타트업 육성에 힘쓰고 있으며, 쉽게 이해할 수 있는 ICT 기술에 대한 저술을 하고 있다. 저서로 『4차 산업혁명 이후의 미래』(2018), 『문과생을 위한 ICT 이야기』(2019), 『기본소득과 디지털 유토피아』(2019), 『SMART 융합기술과 혁신경영』(공저, 2020)이 있다.

이해하기 어려운 양자컴퓨터
01 양자우월성
02 양자물리학
03 양자컴퓨터 원리
04 양자컴퓨터 활용
05 쇼어 알고리듬
06 양자암호화, 양자 텔레포테이션
07 블록체인과 양자컴퓨터
08 인공지능과 양자컴퓨터
09 특이점과 양자컴퓨터
10 양자컴퓨터와 구글

4차 산업혁명은 양자컴퓨터를 통해 완성될 것이다. 디지털데이터로 만들어진 가상세계에서 많은 변수를 모두 제어하면서 가장 효율적인 답을 만드는 능력은 인공지능 알고리듬만으로 부족하다. 빠른 계산이 있어야 가능한 이야기다. 아무리 많은 데이터를 모은다고 해도 정확한 클러스터링을 통해서 분석하고 디프러닝 방법 등으로 축적된 지식의 형태로 만들어 나가며, 더 많은 데이터를 통한 학습효과를 빠르게 늘려 나가야 4차 산업혁명을 완성할 수 있다.
_ “이해하기 어려운 양자컴퓨터” 중에서

세계 각국에서 양자컴퓨터 개발에 박차를 가하고 있다. 구글은 2018년에 72큐비트를 사용하는 양자컴퓨터 개발을 발표했다. 마이크로소프트에서는 ‘스테이션 Q’를 개발하고 있으며, IBM에서도 ‘IBM Q’라는 이름의 양자컴퓨터를 개발하고 있다. 우리나라는 몇 연구실 단위의 개발이 이루어지고 있을 뿐 외국처럼 대규모 개발을 진행하고 있지 않다. 아직은 양자컴퓨터에 대한 투자가 본격적으로 이루어지지 않고 있다.
_ “01 양자우월성” 중에서

양자컴퓨터 역시 중장기적 비전을 가지고 하나씩 기초적인 기술 기반을 닦아 가면서 개발해야 한다. 섣부르게 집중적인 개발 자원을 투입해 남보다 빠른 개발을 하고자 하는 시도는 오히려 개발의 가능성을 더 떨어뜨릴 우려도 있다.
_ “04 양자컴퓨터 활용” 중에서

양자컴퓨터의 등장은 블록체인에 위협이 되는 요소다. 다수의 참여자들에 의해 신뢰도를 확보하는 블록체인의 기본 원리는 나머지 모든 컴퓨터의 파워를 모아서 대응을 해도 이기지 못하는 하나의 양자컴퓨터에 의해 무너질 수 있기 때문에 결국은 신뢰도의 확보가 쉽지 않다. 블록체인의 방법을 일부 변경해 많은 참가자의 컴퓨팅 파워를 이용한 것 이외의 새로운 방법을 고민해야 할 때다.
_ “07 블록체인과 양자컴퓨터” 중에서

컴퓨터는 빌려 쓸 수 있다. 더 빠른 컴퓨터는 외국으로부터 사 와서 사용할 수도 있다. 하지만 그 빠른 컴퓨터에서 필요로 하는 자원인 데이터와 신기술이 없다면 양자컴퓨터가 개발되어 기술을 보유하고 있다고 해도 세상을 바꿀 서비스는 만들어 낼 수 없을 것이다. 우리는 양자컴퓨터의 개발을 보고 구글이 무엇을 할 것인지 생각할 것이 아니라, 만일 구글이 양자컴퓨터마저도 가지게 된다면 구글이 가지고 있는 자원인 데이터를 이용해서 어떠한 일까지 할 수 있을지 고민해야 할 것이다.
_ “08 양자컴퓨터와 구글” 중에서