양자컴퓨터 원리와 상용화

양자컴퓨터란

현재 현존하는 슈퍼컴퓨터로 1만 년 걸리는 계산을 단 200초 만에 풀 수 있다는 게 가능할까요? 바로 양자컴퓨터로 더는 불가능한 일이 아닙니다. 양자 컴퓨터는 양자 중첩의 지구적인 정보 표현, 양자 얽힘을 이용한 병렬 연산과 같은 양자역학적인 물리현상을 활용하여 계산을 수행하는 기계로 양자 전산기라고도 부릅니다.

양자컴퓨터 원리

양자 컴퓨터는 트랜지스터 및 커패시터 기반의 2진법 디지털 전자 컴퓨터와 아주 다른 원리로 동작하게 됩니다. 고전적인 컴퓨터에서 자료의 양은 비트로 측정되며 데이터가 항상 2개의 명확한 0 또는 1중 하나에 있는 2진 숫자로 인코딩되어야 하지만 양자계산은 상태의 중첩으로 있을 수 있는 양자 비트 또는 큐비트를 사용합니다. 여기에서 중첩은 원자보다 작은 물질은 파동과 입자의 두 가지 성질을 가질 수 있고, 동시에 여러 곳에 존재할 수 있는데 이를 중첩이라고 합니다. 

만약 2개의 큐비트가 있다면 4개의 상태(00, 01, 10, 11)가 가능하고 훨씬 더 복잡한 계신 이나 여러 개의 데이터가 읽히면 병렬처리가 가능한 정보 향은 2의 제곱수로 늘어나게 됩니다. 이는 양자의 연산 장치를 100배로 늘렸을 때 계산능력이 100배가 되는 것이 아니라 2의 100 제곱으로 늘어나는 것입니다. 예를 들어 보안적인 측면에서 56비트로 비밀 암호를 무작위로 대입하여 찾아낼 때 기존의 컴퓨터로는 약 1000년이 걸리지만 양자 알고리즘을 이용하면 약 4분 만에 풀리는 것이 가능합니다.

양자컴퓨터 상용화

양자컴퓨터를 만들었다면 실제 우리 생활의 어떤 부분을 채워주고 도움을 줄지 양자컴퓨터가 활용 가능한 상용화 분야에 살펴보겠습니다.

금융분야

양자 컴퓨터 기술이 발전되고 종 더 세밀화된다면 금융 업계의 데이터, 위험 관리, 복잡한 금융계산 문제를 해결하여 시간적, 편리함 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있습니다.

의료분야

의료 쪽에는 가장 많이 사용되는 CT, 영상 분석 등에 데이터 처리가 빠른 양자 컴퓨터를 도입한다면 효율적으로 관리할 수 있습니다. 또한, 현재에도 암, 백혈병, 자가면역 및 염증반응 등을 일반컴퓨터로 분석하고 있기 때문에 고차원 데이터를 해석하기 위해 양자 컴퓨터로 바꾸어 준다면 정확도와 속도 측면에서 많은 도움을 줄 것으로 전망됩니다. 

교통분야

교통 최적화 관련 기술에 많이 쓰일 것으로 보입니다. 차량이 움직일 때 주변 차량의 수, 상황, 속도와 속력 등을 실시간으로 연산해 최적화된 경로를 알아낼 수 있어 내비게이션 기술에도 많은 도움을 줄 것으로 보입니다.

보안분야

앞서 말했다시피 우리가 현재 쓰고 있는 비밀번호나 여러 가지 개인암호들은 양자컴퓨터로 간단히 풀 수 있기 때문에 보안 쪽에는 양자암호를 통한 개인정보보호, 인증, 비밀번호 등 양자암호를 이용하여 많은 변화가 찾아올 것으로 예상됩니다.