Quantum Computing이란 양자역학(Quantum Mechanics)과 컴퓨터 공학(Computer Science) 두 분야의 합성어로, 기존의 디지털 방식으로는 구현하기 어려운 계산 문제들을 해결하기 위해 등장했습니다. 예를 들어 원자 단위의 미시세계에서는 입자들이 서로 충돌하며 에너지를 전달하는데, 이 과정에서 정보 손실이 발생하게 됩니다. 이를 극복하기 위해서는 매우 빠른 속도로 연산을 수행해야 하는데, 이것이 불가능하다는 한계점이 있었습니다. 하지만 최근 이러한 문제점을 해결하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 특히 IBM사의 슈퍼컴퓨터 ‘왓슨’이 인공지능 기술을 이용하여 의료 및 금융 등 다양한 산업분야에서 활용되고 있습니다.
목차
- 양자컴퓨팅이라는 단어 자체가 생소한데 어떤 개념인가요?
- 기존의 컴퓨터와는 어떻게 다른가요?
- 현재 상용화 단계에 있나요?
양자컴퓨팅이라는 단어 자체가 생소한데 어떤 개념인가요?
양자 컴퓨팅은 물리학 이론인 양자역학을 기반으로 한 새로운 형태의 컴퓨터입니다. 고전적인 컴퓨터는 0과 1로만 구성된 비트(bit)라는 데이터 단위를 가지고 있지만, 양자 컴퓨팅은 큐비트(qubit)라는 초미세 단위의 입자인 퀀텀입자를 사용합니다. 즉, 모든 숫자나 문자 하나하나가 모두 고유한 상태를 가진 비트로 이루어져 있고, 각각의 비트마다 다른 값을 가질 수 있다는 특징을 가집니다. 또한 동시에 여러 개의 작업을 처리할 수 있어서 병렬처리가 가능하므로 성능이 향상됩니다.
기존의 컴퓨터와는 어떻게 다른가요?
기존의 컴퓨터는 이진수 체계를 사용하지만, 양자 컴퓨팅은 중첩상태라고 불리는 특이한 현상을 이용합니다. 만약 A와 B라는 2개의 쿼크가 있다고 가정하면, 각 쿼크는 위 아래 방향으로 진동하면서 전기장을 형성합니다. 이때 전하량 보존 법칙에 의해 양전하를 띤 전자는 음전하를 띤 정공 쪽으로 이동하려고 합니다. 따라서 같은 시간 동안 양쪽 끝단 사이에 위치한 Q0 지점에서의 전위차는 항상 일정하게 유지되는데, 이렇게 한쪽 끝단에서만 나타나는 전압차를 단일광자 수준의 아주 작은 크기에서도 관찰할 수 있습니다. 다시 말해, 광자 또는 빛 알갱이 하나만으로도 전체 시스템의 상태를 알 수 있게 된 것입니다. 그리고 해당 순간의 특정 시점만을 기록함으로써 저장 공간을 절약할 수 있습니다.
현재 상용화 단계에 있나요?
아직까지는 많은 부분에서 실험실 수준에 머물러 있으나, 미국 NASA 산하 제트추진연구소(JPL) 소속 과학자들이 지난 9월 5일 세계 최초로 양자컴퓨팅 칩을 개발했다고 발표하였습니다. JPL 연구진은 “이번에 개발한 칩은 초당 10억 회 이상의 연산능력을 갖췄다”며 “이는 현존하는 최고성능의 슈퍼컴퓨터로도 8년 가까이 걸리는 일”이라고 설명했습니다. 이번 성과는 영국물리학회지 네이처 피직스(Nature Physics) 최신호에 실렸습니다.