2024년이 AI의 해였다면 2025년은 양자의 해

양자역학 100주년을 기념하여, UN이 2025년을 ‘양자 과학 기술의 해’로 지정했습니다. 그동안 이론으로만 인식되던 ‘양자역학’이 올해 들어 과학 기술의 핵심 분야로 떠오르고 있는데요. 특히, 가트너(Gartner)가 2025년 주목할 10대 전략 기술로 선정하고, CES 2025에서 새로운 주요 화두로 떠오른 기술이 있습니다. 바로 ‘양자 컴퓨팅(Quantum computing)’입니다. 

양자 컴퓨터를 활용해 기존에 풀 수 없던 문제를 계산해내는 양자 컴퓨팅 기술

양자 컴퓨터는 하나의 물질이 여러 상태로 동시에 존재한다는 ‘양자역학의 원리’를 적용한 컴퓨터를 말합니다. 일반적인 컴퓨터가 사용하는 정보처리의 최소 단위는 비트(Bit)로, 0과 1의 이진수 체계를 활용합니다. 모든 정보가 0 혹은 1의 상태로만 존재할 수 있죠. 반면, 양자 컴퓨터의 정보처리 최소 단위는 큐비트(Qubit)로, 0과 1의 상태를 동시에 가질 수 있습니다. 

0과 1의 상태가 공존하는 큐비트를 사용하면, 어떤 차이가 생길까요? 천문학적으로 많은 경우의 수를 순식간에 계산해낼 수 있는데요. 가장 단순한 비유로, 경로를 탐색하는 상황을 떠올려볼 수 있습니다. 일반 컴퓨터가 여러 개의 경로를 순차적으로 하나씩 계산하고 그 중 최적의 경로를 확인한다면, 양자 컴퓨터는 여러 개의 경로를 한꺼번에 계산해서 단 하나의 최적 경로를 찾아냅니다. 이를 통해 연산 시간을 엄청나게 단축할 수 있습니다. 실제로 2024년 구글의 퀀텀AI에서 개발한 양자 컴퓨터 '윌로우(Willow)'는 오늘날 가장 빠른 슈퍼 컴퓨터로 10자년(10의 25제곱) 걸리는 계산을 단 5분 만에 해결했죠. 

양자 컴퓨팅 기술, 어디에 활용될까?

가장 큰 관심을 모으고 있는 건, 이 양자 컴퓨팅 기술이 앞으로 어디에 쓰이느냐 인데요. 이 기술이 상용화될 경우 가장 발전 가능성이 높은 분야는 바로 AI와 신약 개발이라고 해요. 수억 가지의 데이터를 학습하고 최적의 답을 찾아내게 하는 것이 양자 컴퓨팅의 원리와 비슷하기 때문입니다. 신약 개발도 마찬가지인데요. 다양한 분자 조합을 전부 테스트해볼 필요 없이 양자 컴퓨팅의 시뮬레이션만으로 신약 물질을 빠르게 찾아낼 수 있습니다. 

잠깐, 그렇다면 상용화가 진짜로 가능한가요?

많은 전문가들에 따르면, 한동안은 쉽지 않을 것이라고 합니다(엔비디아 CEO 젠슨 황이 CES 기조연설에서 20년은 걸릴 거라고 하는 바람에 관련 주가가 40%까지 폭락하기도 했죠!). 큐비트의 개수를 늘리는 게 굉장히 어려운 일이기 때문인데요. 지금의 큐비트 숫자로는 몇 가지 종류의 연산 외에는 일반 컴퓨터보다 성능이 높지 않은 수준이라고 합니다. 게다가 0과 1이 공존하는 ‘중첩’ 상태는 아주 미세한 먼지나 온도 변화만으로도 깨질 수 있기 때문에 에러가 나기 쉽습니다. 현재는 영하 273도까지 낮춰야 중첩 상태를 유지할 수 있다고 하죠. 

하지만 신비의 이론 '양자역학'이 '양자 컴퓨터'라는 현실로 탄생한 지금, 가까운 미래에는 새로운 혁신의 등장을 기대해 보아도 좋을 것 같습니다!