간략하게 살펴보는 ‘양자 컴퓨팅’

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판도를 바꿀 이 컴퓨팅 기술과 (해당 기술의) 잠재적인 비즈니스 사례를 간략하게 살펴본다. 

‘양자 컴퓨팅(Quantum computing)’은 컴퓨팅의 본질을 바꾸고, 심지어는 컴퓨터로 간주되는 것을 재정의한다. 이 기술의 잠재력은 데스크톱 컴퓨터부터 자동차, 가정, 의료 및 산업 환경의 기술까지 확장될 전망이다. 

지난 2021년 맥킨지 보고서에 따르면 상당한 산업 가치를 창출하리라 예상되는 양자 컴퓨팅 생태계와 새로운 비즈니스 사용 사례가 급성장하고 있다. 이를테면 투자금이 쏟아지고 있고, 스타트업도 급증하고 있다고 맥킨지는 밝혔다. 아울러 알리바바, 아마존, IBM, 구글, 마이크로소프트 등 기술 업계의 거물도 상용 양자 컴퓨팅 클라우드 서비스를 개발하기 위해 작업 중이다. 

ⓒGetty Images Bank

슈퍼컴퓨터의 한계

정의된 수학적 프레임워크에 따라 더 많은 처리 메모리, 속도, 성능을 추가해 클라우드 플랫폼을 실행하고, 알고리즘을 구동하며, 웹 브라우징을 제공하고, 속도를 높이며, 더 많은 데이터를 전달하는 수많은 컴퓨터가 있다. 

하지만 컴퓨터로 할 수 있는 일에는 한계가 있다고 호주 시드니 대학교의 양자 나노과학 연구소 소장이자 마이크로소프트 스테이션 Q(Microsoft Station Q)의 수석 연구원 겸 책임자 데이비드 라일리는 말했다. 그는 “컴퓨터가 어디까지 계산할 수 있을까? 상상할 수 있는 가장 큰 컴퓨터로도 여전히 답을 계산할 수 없는 유형의 문제가 있다. 사실 이러한 범주에 속하는 문제가 많다”라고 전했다. 

양자 컴퓨팅은 이러한 문제의 해답으로 자리 잡고 있다. 양자 컴퓨팅은 양자 역학의 법칙을 활용하여 비트 또는 1과 0을 기존 컴퓨터보다 더 효율적으로 처리할 수 있다. 이는 수천 개의 CPU 및 GPU 코어를 탑재한 슈퍼컴퓨터의 한계를 넘어서는 컴퓨팅을 제공한다. 

현재 슈퍼컴퓨터가 직면한 과제 중 하나는 고도로 복잡한(이는 복잡한 방식으로 상호작용하는 여러 변수로 정의된다) 문제를 해결할 때 장애물에 부딪힌다는 점이다. 예를 들면 슈퍼컴퓨터는 데이터베이스에서 대량의 데이터를 효율적으로 선별할 순 있지만 해당 데이터를 처리할 때 패턴을 식별하거나 길고 복잡한 시퀀스를 추적하지 못할 수 있다. 

전통적인 컴퓨터 그리고 슈퍼컴퓨터라고 할지라도 도달할 수 없는 특정 문제가 있다고 라일리는 언급했다. 그는 비료를 예로 들면서, “천연가스를 태우는 데 사용되는 세계 에너지의 4% 정도가 비료를 만드는 데 사용된다. 그 모든 에너지를 사용하지 않고 비료를 만들 수 있다면 좋지 않을까?”라고 말했다. 

이어 “대조적으로 식물은 비료에서 화학 물질을 효과적으로 생성할 수 있다. (식물은) 햇빛 그리고 대기와 관련된 기타 화학 반응을 이용하여 주변 온도에서 매우 효율적으로 이를 수행한다”라면서, “하지만 사람은 이 과정을 복제할 수 없다. 특정 반응을 잠금 해제하고, 그 반응을 효율적으로 만들 수 있는 촉매를 모르기 때문이다. 이를 발견하면 비료 생산과 식량 생산에 혁명을 일으킬 것이다. 이 문제의 해답을 찾으려는 노력은 현재 가장 빠른 슈퍼컴퓨터의 능력을 넘어선다. 기본 물리학에는 제한이 있기 때문에 장치가 아무리 크든, 성능이 좋든, 속도가 빠르든 관계없이 특정 문제는 항상 비트, 1, 0으로 계산하는 방식을 넘어설 것”이라고 덧붙였다. 

대신 이러한 문제 가운데 일부를 해결할 수 있는 다른 컴퓨팅 방법이 필요하다고 라일리는 말했다. 빌딩 블록이 물질과 빛의 원소인 컴퓨팅이다. 여기서 양자 역학이 등장한다. 

그는 “이 (양자) 시스템을 사용하여 컴퓨터를 구축하면 특정 유형의 문제에 관해 이를 활용하고 매우 효율적으로 솔루션을 찾을 기회가 있다. 다른 컴퓨팅 방식으로는 불가능하다. 컴퓨팅하는 방식이 근본적으로 다르기 때문에 이는 완전한 패러다임 전환이다. 더 빠르거나 더 큰 게 아니라 다르다”라고 설명했다. 

비즈니스 및 마케팅에서 양자 컴퓨팅의 잠재력

양자 컴퓨팅은, 최초의 고급 프로그래밍 언어(FORTRAN; 포트란)가 컴퓨팅 언어를 표준화하고, 컴퓨터를 주류로 만든 소프트웨어의 시작을 이끈 방식으로 컴퓨팅에 혁명을 일으키리라 예상되고 있다. 또 이는 기술 중심 시스템 그리고 제품 및 서비스의 전체 스펙트럼에 걸쳐 많은 혁신을 가져오리라 예측된다. 

(1) 마케팅 데이터 분석 및 예측

마케팅에서는 양자 컴퓨팅을 통해 데이터 분석에서 더 많은 변수를 설명할 수 있게 되리라 예상된다. 수백 개의 데이터 포인트가 있는 상품이나 시스템의 경제적, 사회적 또는 물류 정보 분석이 양자 컴퓨터로 처리돼 중요한 특징, 연결, 문제 등을 찾을 수 있을 것으로 보인다. 아울러 대규모 데이터를 기반으로 하는 예측도 양자 컴퓨팅을 적용해 개선될 전망이다. 예를 들어 시나리오 계획은 시뮬레이션 및 예측을 위해 계산할 수 있는 더 많은 요소를 고려하여 향상될 수 있다. 

​ (2) 패턴 메이킹 시스템

마찬가지로 양자 컴퓨팅을 적용해 대규모 데이터 세트의 패턴 분석을 더 정확하고 정교하게 개선할 수 있다. 트래픽 패턴 분석은 양자 컴퓨팅이 적용될 수 있는 한 영역이다. 폭스바겐은 실시간 트래픽 라우팅 시스템과 관련해 이미 캐나다 양자 컴퓨팅 회사 디-웨이브(D-Wave) 및 구글의 퀀텀 컴퓨팅 유닛과 협력 중이다. 

​ (3) 암호학

양자 컴퓨팅은 더 넓은 비즈니스 및 기술 맥락에서도 응용되리라 예상된다. 이와 관련된 한 가지 영역은 암호화와 더 강력한 디지털 보호를 지원하는 것이다. 

(4) 소프트웨어 검증

일반적인 소프트웨어 개발도 마찬가지이겠지만 항공 분야에서의 소프트웨어 검증도 굉장히 복잡하다. 양자 컴퓨팅은 이를 더 효율적으로 만들 수 있다. 특히 항공과 관련된 수백만 줄의 코드에서 오류 또는 이상을 발견해 연료 계산, 항공기 경로 변경, 스케줄링 등에 도움이 될 수 있으며, 아울러 안전, 에너지 효율성, 비행 비용 등을 개선할 수 있다. USC 록히드 마틴 양자 컴퓨팅 센터의 연구진은 항공 분야에서 양자 컴퓨팅 사용을 연구 중이다. 

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(5) 의학 연구

안전 및 보안 외에 건강 및 의료 연구도 양자 컴퓨팅을 사용하여 시스템과 인사이트를 개선할 수 있는 영역이다. 다시 말해, 약물 검사에 더 많은 변수를 포함할 수 있게 되면 의약품의 안전성과 효능이 향상되고, 의학적 상태에 관한 유전자 분석이 개선되며, 더 나은 인사이트를 제공할 수 있다.