Google's Quantum Processor: Sycamore in Cubist style! Google, IBM, Microsoft and Amazon are all involved in pushing Quantum Computing innovation.
Quantum Computing News

당신이 양자 컴퓨팅에 대해 알아야할 10가지

6월 5, 2020

1. 양자 컴퓨팅은 현실로 일어나고 있다는 점.

양자 컴퓨팅의 기원은 리차드 파인만(Richard Feynman)과 데이비드 도이치(David Deutsch)가 시작한 수년 전으로 거슬러 올라간다. 데이비드 도이치는 일부 알고리즘이 양자역학의 원칙들을 이용하면 기존의 고전 컴퓨터에 비해 훨씬 빠른 연산이 가능함을 보여, 양자 알고리즘이 우위가 있음을 보였다. 모든 연산에 적용되는 것은 아니지만 원칙적으로 가능한 것. 후에나온 Peter Short와 Lov Grover의 것과 같은 알고리즘들은 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 인수분해와 검색을 훨씬 빠르게 해낼수 있다는 것을 보였다.

다양한 분야에서 속도면에 우위를 보이는 새로운 알고리즘을 찾으려는 시도는 계속되는 중이다. 2019년 구글은 일부 경우에 양자 컴퓨팅이 고전 컴퓨팅보다 속도면에서 우위가 있다는 점을 보였다. 퀀텀의 우월성을 보이는 설명적인 목적 외에는 딱히 유용한 연산이 아니긴 했지만.

2. 상당한 자금이 투여되고 있다는 점.

많은 대형 테크놀로지 기업들이 양자 컴퓨팅을 두드려보고 있다. IBM, Google, Amazon과 Microsoft와 같은 글로벌 기업들은 알고리즘부터 하드웨어까지 퀀텀 컴퓨팅(QC)의 다양한 면을 연구하는 부서들을 이미 운영하는 중이다.

세계의 벤처 캐피탈리스트들은 양자컴퓨터 기업들에 투자하는 중이다.  XanaduStrangeworks, Oxford Quantum Circuits, Cambridge Quantum Computing과 같은 기업들이 꽤 성공적인 편. 테크놀로지 매니아들에게는 수십년전 있었던 고전 컴퓨팅의 진화와 발전을 반추하게 한다.

3. 지금 당장 사용해 볼 수 있다는 점.

대략 4년전 IBM은 클라우드를 통해 누구나 양자 컴퓨터를 사용할 수 있도록 관문을 열었다. 다른 기업들도 그 대열에 동참하긴 했으나, IBM이 퀀텀 클라우드 컴퓨팅 무브먼트에 여전히 선두를 차지하는 중. 다른 기업들은 새로운 서비를 제공하여 IBM을 따라잡으려 분투 중이다.

실제 양자 컴퓨터에 연결되지 않더라도 양자 컴퓨팅이 어떻게 작동하는지 이해를 도와줄 수 많은 시뮬레이터들을 사용해 볼 수 있다.  QiskitCirqQ#와 같은 다양한 랭귀지들이 있는데 나름 각자 장점이 있다. 더 알고싶으신 분들은 아래 몇가지 퀀텀 튜토리얼을 통해 더 배워보시길.

양자 컴퓨터를 사용하고 싶다면 아래 기업들이 제공하는 서비스를 참조:

4. 이건 곧 도래할 미래의 산업혁명이라는 점.

미래의 산업혁명, 대담한 발언이지만 퀀텀 컴퓨팅은 향후 수 많은 산업에 긍정적 혹은 부정적인 영향을 상당히 끼칠 것이다. 양자 컴퓨팅은 파이낸스, 제조업 그리고 제약계와 같은 산업에서 이미 이용되는 중인데, 가령 트래픽라우팅(폭스바겐 Volkswagen), 제조업(FordVolkswagen) 등에서 사용가능함을 보이고 있다. Merck같은 제약회사들은 신약개발에 퀀텀 컴퓨팅을 응용할 방법을 모색하는 중.

또 Shor의 알고리즘과 같은 대표적인 경우는 포스트 퀀텀 암호학이라는 전체 산업을 창조해내기도 한다. 포스트 퀀텀 암호학이란? 양자 컴퓨터로 풀리지않는 암호작성술을 의미함.

5. 당신도 그 작동원리를 배울 수 있다 (한..1주일?)

양자 컴퓨팅이 복잡한 것임은 틀림없지만, 열심히 노력하면 기초부터 충분히 배워나갈 수 있다. 양자 컴퓨팅을 이해하는 가장 빠른 길은 아무래도 수학을 쓰는 것이라고 본다. 퀀텀 컴퓨팅에 대한 신박한 책들과 리뷰를 여기서 확인해 보시길. 양자 컴퓨팅을 단시간내 배우기에 도움이 되는 저렴한 가격의 주목할만한 책들은 다음과 같다: 1) Bob Suitor의 책: Dancing with Qubit’s 2) Jack Hidary의 책 . 두 책은 실질적인 이해를 돕는 기술적인 내용 및 개괄적인 소개가 잘 되어있다.

Brilliant 또는 MOOC에서 제공하는 EdX의 온라인 수업을 통해 자신만의 페이스로 따라가보는 것도 좋은 방법.

6. 지구가 종말되지는 않을 거라는 점.

퀀텀이라하면 꼭 SF영화의 무엇을 떠올리게한다. 사람들이 자신들이 이해하지 못하는 무언가를 두려워하는 것은 당연하지만, 일부는 양자 컴퓨팅이 종국에는 인류를 대체할 집단 지성이 되지 않을까 생각하기도 한다. 사실 이 시나리오에 대해 우리는 딱히 염려하지 않으며, 그럴 필요도 없다고 생각한다.

물론 양자 컴퓨터를 사용하면서 재밌는 결과들이 나오긴 할테지만: 참고로 양자 컴퓨팅의 아버지 중에 하나인 데이비드 도이치(David Deutsch)는 양자 컴퓨터가 연산속도에 우위성을 보이는 이유가 다중우주를 이용하기 때문이라고 말한 바 있다.

7. 모든 알고리즘을 빨리 처리하는 것은 아니라는 점.

양자 컴퓨터가 모든 연산을 빨리 처리할수 있다는 일각의 오해가 있다. 간단히 말하면 잘못된 주장. 현재까지 단지 일부 알고리즘만이 속도에 우위가 있음을 보였다. 예를 들면 Shor의 알고리즘, Grover의 알고리즘 그리고 HHL이 그것인데 이것도 특정 경우에 해당된다고. 하지만 많은 연구자들은 이런 몇 알고리즘도 많은 분야를 혁신시킬 수 있기에, 이 정도라도 처리가 가능하다는 사실에 열광한다. 예상가능하듯, 양자 컴퓨팅의 전망을 높여줄 새로운 알고리즘에 대한 연구와 도전은 앞으로도 멈추지 않을 것으로 보인다.

8. (아직까지는) 하나로 정해진 기술이 없다는 점.

대부분의 산업이 초기에 여러 기술경쟁을 겪는다. 양자의 세계도 마찬가지다- 양자 컴퓨터의 근본적 구성요소인 큐비트를 만드는 기술경쟁같은. 여기에는 빛(포토닉스))을 활용한 테크놀로지, 초전도체 그리고 반도체를 활용한 테크놀로지 – 심지어 위상적 큐비트까지 있다 (Microsoft의 것과 같은)

예술작품을 연상케하는 IBM의 양자컴퓨터

Right now there are different directions – for example Xanadu uses photonics, IBM uses super conducting qubits which means they require massive refrigeration which means you see the massive cooling plants.

현재 다양한 접근이 있다. 예를들면 Xanadu는 포토닉스를, IBM은 초전도체 큐비트를 사용 중 – 이는 물론, 거대한 냉각설비가 구비되야 함을 의미한다.

9. 얽힘과 중첩이라는 단어들을 많이 들을 것이라는 점.

어떻게 양자 컴퓨팅이 주류가 될지는 연구 중이다. 현재 많은 경쟁기술/보완기술이 나오는 중.

아마 과학잡지 같은 곳에서 흔하게 듣던 용어일지도 모르지만, 얽힘과 중첩이라는 이 두 단어는 양자 컴퓨팅에서 상당한 비중을 차지한다. 이 둘은 실제하는 것일 뿐더러 어떻게 양자 컴퓨팅이 작동하는지에 대한 설명에 필수적인 개념이다. 단순히 현학적으로 머리를 아프게 하려는 단어가 아니라는 말씀.

양자 커뮤니티에 수많은 자원과 인재들이 진입하는 중이다. Microsoft의  Kitty Yeung 박사가 양자 컴퓨팅에 관심있는 이들을 위한 코믹시리즈를 제공하고 있으니 한번 둘러보는 것을 추천한다.

10. 퀀텀 기술을 이용한 제품은 이미 나오기 시작했다.

삼성 Samsung 이 드디어 퀀텀 테크놀로지를 탑재한 신형 폰을 출시했다. 이게 양자 컴퓨터는 아니지만, 양자 테크놀로지를 사용한다는 점은 신선한 충격이다. – 기본적으로, 보안을 높이기위해 수들이 최대한 랜덤으로 만들어지도록 보장하는 기술을 사용했다. 앞으로도 퀀텀 테크놀로지를 활용한 제품들이 더 나올것으로 기대된다.

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