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데이터 사이언스 & 혁신

비즈니스 리더를 위한 양자 컴퓨팅 안내서

매거진
2022. 1-2월호
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IT MANAGEMENT

비즈니스 리더를 위한 양자 컴퓨팅 안내서
말 많은 양자 컴퓨터, 정말 그대로 이뤄질까?



내용 요약

문제
양자 컴퓨터는 고전 컴퓨터보다 기하급수적으로 더 빠르게 문제를 푼다. 양자 컴퓨터로 크게 두 가지가 달라진다. 첫째는 공공 네트워크의 현행 사이버 보안 인프라의 무력화이고, 둘째는 알고리즘의 비약적 발전으로 새로운 세상이 도래할 것이라는 점이다.

원인
과학자들이 상업용 양자 컴퓨터를 개발하기 위해 애쓰지만 무수한 한계의 벽에 부딪치고 있다. 일단 상업화에 성공하면 과거 Y2K를 앞두고 일었던 혼란(문제 해결에 미국과 미 기업이 1000억 달러 이상을 투입함)이 가벼운 소동으로 보일 정도의 대격변이 나타날 것이다.

해결책
이 아티클은 양자 컴퓨터가 어떻게 기존 사이버보안의 패러다임을 뒤집을 뿐 아니라 투자와 혁신을 촉진하고 여러 업계를 재편할지를 다루고 있다.



1994년 미국 응용수학자 피터 쇼어Peter Shor가 양자 컴퓨팅 알고리즘을 발표했다. 이론상 이 알고리즘을 이용하면 기존 트랜지스터 기반 컴퓨터로는 수십억 년이 걸리는 아주 큰 수의 소인수분해를 단 며칠로 줄일 수 있다. 오늘날 암호화와 정보 보안 인프라 상당수가 소인수분해에 기반을 두고 있다는 점에서 이는 놀라운 혁신이었다. 그로부터 7년 뒤인 2001년, IBM 과학자들은 비록 소형 양자 머신이었지만 최초로 이를 통해 쇼어의 알고리즘을 실증해내는 데 성공해 양자 컴퓨터를 현실에 구현할 수 있고 쇼어의 알고리즘도 적용이 가능하다는 것을 보여줬다.

양자 컴퓨터를 이용하면 많은 문제를 푸는 속도가 기하급수적으로 빨라지는 데다 고전 컴퓨터나 이진법 컴퓨터로 계산할 때보다 에너지 소비량도 적다. 왜 그럴까? 2차원의 미로를 떠올려 보라. 기성 컴퓨터로 미로를 빠져나갈 길을 찾으려면 하나하나 차례로 검증해봐야 한다. 총 256개의 경로로 구성된 미로라면 기존 컴퓨터로는 약 128회(올바른 길을 찾으려면 평균적으로 미로 길의 절반을 시도해야 한다)를 연속으로 돌려봐야 한다. 하지만 양자 컴퓨터는 256개의 길을 동시에 시험할 수 있다. 다르게 설명하자면 기존 8비트 이진법 컴퓨터는 0~255 사이 하나의 숫자만 나타낼 수 있지만 8큐비트Qubit 양자 컴퓨터는 0에서 255까지 모든 숫자를 ‘동시에’ 나타낼 수 있다. 어떻게 이런 일이 가능할까? 답은 양자 역학의 기본 법칙에 있다. 기존 이진법(비트) 컴퓨팅에서는 0과 1 중 하나의 값만 가질 수 있지만, 양자 컴퓨터의 연산 기본 단위인 큐비트에서는 0 또는 1이 공존(양자 중첩 현상)한다.

기업은 양자 컴퓨팅으로 투자 전략, 암호 기능, 신제품 개발 등에서 더욱 최적화된 결과를 끌어낼 수 있다. 양자 연구에 천문학적인 투자금이 쏟아지고 민간 부문의 경쟁이 치열하며 수학 및 과학계 인재들이 연구에 전념하고 있다. 글로벌 시장조사기관 CB인사이트에 따르면 양자 분야에 투입된 벤처캐피털 자금은 2015~2020년 동안 500% 증가했다. 2016년에 설립된 양자 컴퓨팅 스타트업 사이퀀텀PsiQuantum은 글로벌 자산운용사 블랙록BlackRock과 마이크로소프트 등으로부터 6억6500만 달러 이상의 자금을 조달했다. R&D 선도기업인 허니웰, IBM, 인텔도 차세대 양자 기술을 개발하기 위해 한창 경쟁하고 있다. 컨설팅 업계는 클라이언트를 지원하기 위해 인재풀을 확장하고 있다. 액센추어는 전 세계에 걸쳐 퀀텀 전문팀 15개 이상과 100명 이상의 전문가를 보유하고 있다.(참고: 아티클의 필자 중 두 명이 MIT 디지털경제 이니셔티브 소속으로 액센추어는 해당 센터에 재정적으로 지원하고 있다.) 2021년 5월 구글은 2029년까지 실제 작동하는 양자 컴퓨터를 만들기 위해 수십억 달러를 투자하기로 약속했고, 이에 따라 캘리포니아 샌타바버라에 양자 AI 캠퍼스를 마련해 자사의 양자 전문가 수백 명을 수용하고 양자 데이터센터, 연구소, 양자 프로세서 칩 제조 시설을 구축할 것으로 전망된다.

과거에 비춰 볼 때 혁신 기술들은 이 같은 환경에서 등장한다. 그리고 장담컨대 양자 컴퓨팅은 비교도 안 되게 엄청난 혁신을 가져올 것이다. 양자 컴퓨터 혁신으로 오늘날 비즈니스 업계에 가공할 만한 갑작스러운 변화 두 가지가 동시에 닥칠 것이다. 첫째, 공공 네트워크를 통해 디지털 공간의 개인정보 보호와 보안을 보장하기 위해 구축한 현재의 인프라가 무력해진다. 인프라를 개선하지 않는 기업은 치명적인 공격에 속수무책으로 당할 것이다. 둘째는 첫째보다 긍정적인 변화다. 알고리즘이 대폭 발전하면서 오늘날 불가능한 많은 일을 컴퓨터로 처리할 수 있고 나아가 새로운 세상이 도래할 것으로 보인다.

그렇다면 언제쯤 상업용 양자 컴퓨터가 등장할까? 쇼어의 알고리즘에 대한 개념 증명이 나온 지 20년가량이 지났는데도 과학자들은 아직 대형 양자 컴퓨터를 개발하는 데 무수히 많은 벽에 부딪히고 있다. 양자 컴퓨터가 실제 상용화되리라 여기고 흥분하거나 (보는 태도에 따라 걱정하거나) 하는 것은 시기상조라는 회의론도 나온다. 1947년 트랜지스터가 처음 발명된 이래 4비트 프로세서의 개발까지 25년이 걸렸고 인텔이 트랜지스터 수백만 개를 탑재한 펜티엄 프로 칩이 소개될 때까지 25년이 추가로 필요했다는 사실을 환기하는 것도 도움이 된다. 하드테크는 물리적 시간이 필요하다. 양자도 예외가 아니다.

하지만 분명 양자의 시대가 오고 있다. 기업 매니저라면 양자로 인해 어떻게 디지털 분야 투자가 늘고 업계가 재편되며 혁신이 촉발될지 미리 생각해도 절대 이르지 않다. 양자 때문에 당장 새로운 비즈니스가 창출되거나 몰락할 일은 없겠지만 오늘날 양자를 응용한 기술을 확실히 이해해두면 알맞은 포지셔닝을 할 수 있어 향후 10년 동안 이익을 거두고 재앙을 피할 수 있다.

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