(상편에서 이어집니다)

양자컴퓨터를 활용하면 어떤 세상을 볼 수 있는가?

양자컴퓨터는 인공지능, 화학, 제약, 기계학습(머신러닝), 금융, 물류, 교통 등 다양한 분야에서 혁신을 이룰 것으로 기대된다. 디지털 컴퓨터로는 어려웠던 다양한 분자 구조를 분석해 신약이나 신소재 개발에 적용할 수 있다. 인공지능은 월등한 연산능력과 빠른 기계 학습으로 목표 성능 수준에 쉽게 도달할 수 있다. 금융 포트폴리오 분석이나 복잡한 동선 관리가 필요한 물류 등에서 최적 결과를 신속하고 정확하게 도출할 수 있다.

양자컴퓨터가 상용화되면 날씨를 정확하게 예측하고 교통정체를 해소하는 등 우리 생활 전반에 큰 도움이 되는 세상을 본다. 그 중에서 특히 기대되는 분야는 보안 분야이다. 양자 암호체계는 안전한 암호기술로써 순수난수(True random number)를 활용해 해킹이나 복제가 불가능한 암호 패턴을 만들 수 있다.

의료산업에서는 양자컴퓨터를 사용해 각 환자인의 암세포 염기서열을 분석해서 환자에게 꼭 맞는 처방과 고정밀도의 개인용 의료 서비스 제공이 가능해진다. 또 양자컴퓨터를 통한 시물레이션으로 신약을 개발할 때 임상 시험에 필요한 환자 수를 줄이고, 비용도 크게 절감할 수 있다.

IBM의 양자컴퓨터 약진

 IBM은 2017년 3월 세계 최초로 제약, 물류, 금융, 보안, 인공지능 등 다양한 산업에 적용 가능한 '범용 양자컴퓨터(Universial Quantum Computer)를 클라우드 서비스 형태로 상용화 하겠다는 계획을 발표했다. 그리고 앞으로 5년 내에 클라우드를 통해 상용 양자 시스템을 배포할 수 있는 경로를 마련하겠다고 한다.

올해 초 IBM은 향후 5년 내 인류를 이끌 5가지 혁신 기술 중 하나로 양자 컴퓨팅을 선정했다. 지난 5년간 IBM은 신기술에 380억 달러를 투자했다. 앞으로 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터와 결합할 것이다. 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터가 할 수 없는 일을 하게 될 것이다. 대체되는 것과는 완전한 차이가 있다.

우리 일생 동안 어떤 형태의 양자컴퓨터 애플리케이션이 나오더라도 기존 컴퓨터는 계속 필요할 것이다. 기존 반도체 산업이 양자컴퓨터 산업에 보완적으로 적용될 것이다. 어쨌든 양자컴퓨터를 활용하면 다양한 물질의 화학적 구조와 물리적 특성을 밝혀낼 수 있다.

희귀병을 치료하는 신약을 개발하거나 신약 성공률을 10%정도 높일 수 있다. 영화 속 슈퍼히어로의 의상에 쓰이는 것과 같은 최첨단 소재를 탄생시킬 수도 있다. 지금보다 훨씬 발달한 형태의 인공지능을 가능하게 할 수 있다. IBM이 꿈꾸면서 앞으로 나아가고 있는 것이다.

양자컴퓨터 시대가 오고 있다

세계 최고로 권위 있는 과학잡지 '네이처(Nature)'를 비롯해 유수 연구기관과 글로벌 미디어에서는 하나같이 양자컴퓨터를 2018년을 이끌어 갈 주요 기술로 선정했다. 또 미국의 한 보고서는 2024년 양자컴퓨터 관련 시장 규모는 100억 달러에 달하지만 2050년에는 2800억 달러 시장으로 커질 것으로 전망했다.

미국의 저명한 물리학자인 존 프레스킬 캘리포니아공대 교수는 2011년 큐비트 50개 이상의 양자컴퓨터가 개발되면 양자컴퓨터가 슈퍼컴퓨터의 성능을 뛰어넘는, 이른바 '양자 우위(quantum supermacy)' 시대가 열릴 것으로 천명했었다.

그러나 프레스킬 교수는 작년 12월 물리학 공개저장소인 '아키이브(arXiv)에서 양자컴퓨터의 상용화까지 더 많은 시간을 기다려야 할 것이라고 말했다. 그는 양자컴퓨터 연산 알고리즘에서 수천 큐피트 규모의 연산에 쓰려면 수백만 개의 큐비트가 연산 오류를 보정하기 위해 필요할 것이라고 추산했다. 개발 과정에서 새로운 문제들이 나타나 예정대로 되지 않고 있다는 의미이다. 그러나 오류들은 개선되고 속도는 더 빨리 진행될 것임은 명확하다.

무한 경쟁시대에서 우리의 각오는

미국과 중국은 슈퍼컴퓨터에 이어 양자컴퓨터 분야에서도 주도권을 잡기 위해 경쟁하고 있다. 지난해 11월 IBM이 50큐비트 양자컴퓨터를 공개한 뒤 올 1월 'CES(전미 가전박람회) 2018'에서 인텔은 49큐비트 양자 프로세서 '탱글 레이크(Tangle Lake)를 공개했다. 지난 3월에는 구글에서 72큐비트 양자 프로세서를 탑재한 '브리슬콘(Bristlecone)'을 선보였다.

최초의 양자 통신 위성 묵자(墨子)호 실험에 성공한 중국은 떠오르는 강자이다. 2017년 중국 기업 알리바바의 달마 연구원은 10큐비트 양자컴퓨터를 활용한 클라우드 서비스를 공개했다. 앞으로 개발에 박차를 가하기 위해 알리바바그룹은 지난해 양자컴퓨터와 인공지능, 사물인터넷 등 첨단기술에 150억 달러(약 17조원)을 투자하겠다고 밝혔다. 중국 정부는 100억 달러(약 11조 3000억 원)를 투자해 안후이성(安徽省) 허페이(合肥)시에 세계 최대 규모의 양자연구소를 짓고 있다.

한국은 SK텔레콤과 한국과학기술연구원(KIST), 한국표준과학연구원(KRISS) 등이 2010년대 초부터 꾸준히 연구개발을 해오고 있지만 다른 선진국에 비해 전체 투자 규모가 턱없이 모자란 상황이다. 이준구 한국과학기술원(KAIST) 전기 및 전자공학부 교수는 "한국의 양자컴퓨터 발전 수준은 다른 선진국에 비해 5~10년 정도 뒤처져 있다"고 평가했다. 다만 "소프트웨어 분야에서는 격차가 크지 않다"며 "아직 기회가 남아 있다"고 말했다. 네이처가 우수한 한국 과학자들에 대한 평가가 빈말이 아님을 실감할 수 있다.

과연 5년 후 쯤 이면 '양자컴퓨터가 세상을 뒤집는다'가 사실로 나타날 수 있을까? IBM의 인공지능 왓슨이 2011년 제퍼디쇼를 통해 처음 대중에게 소개된 지 채 10년도 되지 않았는데 인공지능은 이미 의료, 유통, 법률, 금융 등 다양한 분야에서 실제로 활용되고 있다. 양자컴퓨터 시대가 생각하는 것보다 훨씬 빠르게 다가올 것이란 의미다.

양자컴퓨터가 보급됐을 때 어떤 분야에 어떻게 활용해 어떤 가치를 만들어낼 수 있을지 미리 고민하고 준비하는 것이 양자컴퓨터 시대에 글로벌 시장에서 경쟁력을 유지할 수 있는 방도일 것이다.

이동호 회장, KIC고문, 칼럼리스트

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