양자컴퓨터의 지평선을 열어주는 1000큐비트 양자컴퓨터(퀀텀 시스템 투)가
2028년 대한민국 부산에 들어옵니다.
미국 IBM의 고성능 양자 컴퓨터 '퀀텀 시스템 투'는 최첨단 AI 소프트웨어와 양자 컴퓨팅 서비스를
구축한 글로벌 기술의 핵심 기술의 총합체라고 합니다.
IBM이 한국을 선택한 것은 그만큼 한국의 기술 수준을 매우 높게 평가한 것이라고 알려져 있는데,
2028년 부산에서 선을 뵈는 '퀀텀 시스템 투'는 학술적 연구뿐만 아니라 산업에 까지 응용돼
금융, 제약, 의학, 인공지능 등 폭넓게 다양한 분야에 도입할 것이라고 합니다.
IBM과 한국퀀텀컴퓨팅(KQC)은 기업들의 금융과 신약 개발 등에 활용 가능한 양자 컴퓨터와
기업용 생성형 AI 기술 개발에 이용되는 인공지능(AI) 센터를 가동할 계획입니다.
참고로 KQC는 2021년에 설립된 양자 컴퓨팅 전문 기업입니다.
1. 큐비트란?
큐비트는 양자 컴퓨터의 기본 연산 단위입니다.
고전 컴퓨터가 0과 1이 적용된 비트라면, 큐비트는 양자역학의 원리가 적용된 비트가 하겠습니다.
양자 중첩은 확률적으로 가능한 상태들이 동시에 중첩되는 현상인데, 큐비트는 이 양자 중첩 현상을
이용해 비트처럼 0 또는 1의 값 둘 중 하나만 가지는 것이 아니라 0과 1을 동시에 갖는 중첩되는
상태로, 0 또는 1로 확정되는 것이 아니라, 그 사이에 어딘가 존재하게 되는 것입니다.
큐비트는 양자 중첩 원리를 이용하기 때문에 한 번에 여러 정보를 동시에 표현할 수 있을 뿐만 아니라,
예를 들어 3개의 큐비트가 있으면 고전적인 비트는 한 번에 하나만 표현할 수 있는데,
큐비트는 가능한 정보의 가짓수 8개를 모두 한꺼번에 동시에 표현할 수 있다라는 것이지요.
우리는 커다란 숫자 보다도 한꺼번에 동시에 표현할 수 있다라는 것이 매우 중요하다 하겠습니다.
2. 양자 중첩과 양자 얽힘
양자 중첩과 양자 얽힘은 코펜하겐의 중요한 해석이라 하겠습니다.
양자 물질들은 때로는 입자처럼 행동하다가 어떤 때는 파동처럼 움직입니다.
이러한 성질을 '파동 입자 이중성'이라고 합니다. 전자와 광자, 모든 물질에는 파동의 성질을 조금씩은
다 가지고 있다고 하는데 클라우스 존슨 실험에서 밝혀졌습니다.
이러한 이론을 기반으로 한 양자역학은 미시 세계의 현상을 완벽에 가깝도록 예측했습니다.
1) 양자 중첩
전자는 관측되기 전까지 확률적으로 존재 가능한 모든 위치에 동시에 존재합니다.
관측되는 순간 하나의 위치로 결정되는데 이러한 현상이 양자 중첩입니다.
관측되지 않은 전자는 이쪽이나 저쪽 또는 중첩되어 있을 확률이 있는데,
이는 서로 간섭하는 파동처럼 행동합니다.
관측하기 전까지는 여러 상태가 중첩되어 있다가도 관측하는 순간 하나로 결정되는 것입니다.
이해하기 참 어려운 말이네요. 나름대로 요약하자면 양자 중첩은 양자 물질이 관측되기 전까지
모든 가능한 상태가 확률적으로 모두 중첩되어 있다라는 것입니다.
이 양자 중첩이 양자역학의 매우 중요한 기본 원리이고 또한 매우 중요한 역할을 한다는 것입니다.
2) 양자 얽힘
양자 얽힘이란 양자 물질들이 서로 얽혀있는 상태입니다.
예를 들어, 두 개의 양자 물질이 있고, 빨간색이거나 파란색을 가질 수 있는데, 현재는 이 두 개가
동시에 중첩되어 있고, 이 두 개의 물질은 서로 '얽혀' 있습니다.
두 개의 물질은 항상 반대가 되도록 하나가 빨간색이면 다른 하나는 파란색, 하나가 파란색이면
다른 하나는 빨간색이 되는 방식으로 얽혀 있다는 것입니다.
하나의 양자 상태를 결정하면 다른 하나는 하나 또는 동시에 결정되는 것인데,
이것을 양자 얽힘이라고 합니다.
얽혀있는 두 양자 물질을 우주의 양 끝에 놓는다고 하더라도 하나의 물질을 관측하면 순식간에
그 우주 너머에 있는 다른 물질의 상태를 파악할 수 있다라는 놀라운 현상입니다.
이러한 이론은 '빛 보다도 빠른 무언가가 있다'라는 것인데, 광속을 넘어서는 정보 전달은
상대성이론에 맞지 않기에 아인슈타인은 양자 얽힘을 인정하지 않았습니다.
양자 얽힘 현상을 아인슈타인은 '으스스한 현상'이라고 표현하기도 했습니다.
3. 양자역학의 원리를 바탕으로 한 큐비트
큐비트는 양자 중첩 현상을 이용하기 때문에 한 번에 여러 정보를 한꺼번에 동시에 표현하는 것이
가능한 것입니다. 저야 이론으로 그렇다고 하니까 그런가 보다 하는데, 정말 실감이 안나는 숫자이기는
한데, 20개의 큐비트가 있으면, 이 큐비트들이 모여 동시에 1,048,576개의 정보를 표현할 수 있다네요.
2개의 양자 상태가 안정적으로만 표현될 수 있는 물질이라면 무엇이든지 큐비트가 될 수 있답니다.
컴퓨터는 보다 정확성을 요구하는 장치이기에 내부의 안정적인 상태 유지가 매우 중요합니다.
계산을 하다가 갑자기 꼬여버리면 작업을 수행할 수 없게 되는데, 이러한 상태를 안정적으로 유지
시키는 것이 말처럼 쉽지만은 않다고 하고, 이를 위해 각 세계 석학들의 연구가 활발하다고 합니다.
2028년 부산에 구축되는 양자컴퓨터 1000 큐비트는 그 성능이 슈퍼컴퓨터를 훨씬 뛰어
넘는 컴퓨터인데 기존 컴퓨터를 동시에 활용할 수 있는 장점도 있습니다.
미국의 IBM이 미국 이외의 지역에 양자컴퓨터와 AI인프라를 동시에 구축하는 것은
매우 이례적이라고 하는데, 이번 기회를 잘 살려 대한민국이 기술 선진국으로 발돋움하는
기회가 되기를 대한민국 국민의 한 사람으로 뜨겁게 열망합니다!!
by 부나이
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