[비즈 칼럼] 양자컴퓨팅에 구글·IBM이 매달리는 이유

최병수 한국전자통신연구원(ETRI) 양자창의연구실장

불과 15년 전만 하더라도 ‘수퍼컴’이라 불리던 컴퓨터를 이젠 우리나라 모든 국민이 스마트폰 수준에서 사용할 수 있는 세상이 되었다. 그렇다면 현재의 수퍼컴은 과연 언제쯤 스마트폰 수준에서 사용할 수 있을까? 또 그런 날이 언제 올지 자못 궁금하다.

최근 양자컴퓨팅에 대한 관심이 뜨겁다. 최근 대전의 한국전자통신연구원(ETRI)에 양자컴퓨팅 관련 세계적 석학인 존 마티니스 구글 양자컴퓨팅 연구개발 책임자가 방문했다. 그는 구글이 왜 양자컴퓨팅을 개발하는지, 그리고 현재 어느 수준까지 개발되었는지에 대해서 설명했고 올해 말까지 50큐빗(qubit) 수준의 양자컴퓨터 개발이 목표라고 말했다. 이 정도 수준이면 전 세계의 모든 수퍼컴퓨터의 컴퓨팅 능력을 합친 것보다 높은 계산 성능을 가질 것으로 여겨진다. 그는 또한 300큐빗 수준의 양자컴퓨터를 갖게 되면, 우주에 있는 모든 원자를 표현할 수 있다고 말한다. 만약 이것이 현실화되면, 기존의 수퍼컴퓨터는 정말로 고전(古典)이 되는 셈이다.

그렇다면 양자컴퓨팅은 왜 인기일까? 바로 양자적 정보표현방법인 큐비트(quantum bit, qubit)가 갖는 양자역학적 특성 때문이다. 중첩성 ·간섭성 ·얽힘성 등이다. 이러한 특성을 이용하면 그동안 수퍼컴이 해결하지 못했던 인류의 어려움을 하나, 둘씩 해결할 수 있다.

공공의 이익으로 활용 가능한 분야 몇 가지만 보자. 양자컴퓨팅의 능력을 통해 광합성의 작용 원리를 증명할 수 있고, 이를 활용해 기존 태양전지의 에너지 생산 효율을 크게 높일 수 있다. 이렇게 되면 태양광 발전의 단가를 낮춰 값싼 클린 에너지로 인류의 전력생산 문제 해결에 도움을 줄 수 있다. 고온 초전도현상을 양자컴퓨팅으로 증명한다면 전력 전송 케이블에서 나타나는 전력누수를 최소화해 에너지 전송 효율을 높일 수 있다.

양자컴퓨팅에 구글을 비롯, IBM와 MS 등의 관심이 뜨겁다. 중국, 심지어 북한까지도 양자컴퓨팅 연구에 열을 올리고 있다. 중국은 지난해 세계 최초로 양자통신 인공위성을 발사해 전 세계를 놀라게 했다. 만약 북한이 양자컴퓨팅 기술을 확보한다면 국내 통신망에 대한 해킹의 위협이 될 수도 있다. 앞으로의 세상은 누가 양자컴퓨팅을 효과적으로 선점하느냐에 달려 있다고도 할 수 있다. 이러한 측면에서 양자컴퓨팅 기술은 4차 산업혁명의 핵심 열쇠이기도 하다.

ETRI는 현재 일본의 이화학연구소(RIKEN)와 양자컴퓨팅과 관련해 세계최고 수준의 기술을 개발 중에 있으며, 내년 말까지 관련 기술 확보를 목표로 하고 있다. 과학기술의 도움으로 인류의 안전과 편의성을 도모한다면, 오는 2030년 즈음 상용화가 예상되는 양자컴퓨팅 개발이 가장 시급한 이유다.

최병수 한국전자통신연구원(ETRI) 양자창의연구실장