양자 컴퓨터 상용화 전망 🚀

첫 번째 승전보: 정현석 교수는 양자 컴퓨터 상용화의 첫 번째 성공 사례가 5년에서 10년 내에 나올 것으로 기대하고 있습니다 [00:00]. 특히 화학, 재료, 제약 분야와 같이 분자의 에너지 상태를 추정하는 시뮬레이션 분야에서 먼저 활용될 가능성이 높다고 언급합니다 [00:07].
엔비디아 젠슨 황 CEO의 언급: 젠슨 황은 초기에는 양자 컴퓨터 상용화에 20~30년이 걸릴 것이라고 했지만, 최근에는 변곡점에 도달하고 있다고 언급하며 긍정적인 전망을 보였습니다 [02:32]. 빌 게이츠 역시 3~4년 내 상용화 가능성을 언급했습니다 [02:53].
현재 발전 수준: 양자 중첩과 얽힘을 다루는 제어성이 대단히 높아졌고, 오류 억제 기술도 발전했습니다 [03:00]. 현재는 ‘NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum)’ 단계, 즉 ‘후기 NISQ’ 단계에 진입했다고 평가됩니다 [04:16].

양자 컴퓨터의 핵심 개념: 비트 vs 큐비트 💡

비트 (고전 컴퓨터): 0 또는 1의 상태만을 가집니다 [07:05].
큐비트 (양자 컴퓨터): 0과 1의 중첩이 가능하며, 0과 1의 임의의 중첩 상태로 존재할 수 있습니다 [07:05]. 이는 고전 비트로는 다룰 수 없는 무한한 가능성을 열어줍니다 [07:23].
양자 중첩: 하나의 카드가 위를 향하거나 아래를 향하는 두 상태가 동시에 존재하는 것처럼, 양자 입자가 여러 상태에 동시에 존재할 수 있는 현상입니다 [09:50].
양자 얽힘: 두 개 이상의 큐비트가 서로 연결되어 있어, 하나의 상태가 결정되면 다른 하나의 상태도 즉시 결정되는 현상입니다 [10:39]. 이는 빛의 속도보다 빠르게 정보가 전달되는 것은 아니며, 두 물리계가 하나로 연결되어 동시에 측정이 일어나는 것으로 해석됩니다 [12:20]. 아인슈타인은 이를 ‘유령 같은 원거리 상호 작용’이라고 표현하며 못마땅하게 생각했지만 [12:11], 벨의 부등식 실험을 통해 양자 얽힘의 실체가 증명되었습니다 [14:22].

오류 정정: 양자 컴퓨터는 오류가 발생하기 쉽기 때문에 이를 정정하는 기술이 매우 어렵습니다 [03:19]. 논리적 큐빗 하나를 얻기 위해 여러 개의 물리적 큐빗이 필요하며, 암호학적으로 의미 있는 양자 컴퓨터를 만들기 위해서는 백만 개 정도의 큐빗을 정확하게 제어해야 할 것으로 예상됩니다 [03:41].
결맞음 유지: 양자 중첩 상태는 외부 환경과의 상호 작용에 의해 쉽게 깨지기 때문에, 극저온(영하 270도)과 같은 극한 환경을 만들어 결맞음(coherence)을 유지해야 합니다 [08:39]. 계산은 결맞음 시간 내에 이루어져야 하며, 오류 정정 장치도 필수적입니다 [09:06].
킬러 앱 개발: 특정 문제에 특화된 ‘킬러 애플리케이션’을 찾아내고 개발하는 것이 중요합니다 [06:17].

암호 해독 우려: 양자 컴퓨터는 쇼어 알고리즘(Shor’s algorithm)을 통해 소인수 분해를 정확하게 해낼 수 있어 기존 암호 체계를 무너뜨릴 수 있다는 우려가 있습니다 [03:27], [17:30].
해결 방안:
- 양자 내성 암호: 양자 컴퓨터로도 풀기 어려운 새로운 암호 체계를 개발하는 연구가 진행 중입니다 [18:18].
- 양자 암호: 양자 역학적 원리를 이용하여 암호 체계를 구축하는 방식으로, 양자 상태가 깨지기 쉽다는 특성을 역이용하여 도청 시도를 감지할 수 있습니다 [18:25].

기술 격차: 미국이나 중국과 비교했을 때 기술력의 차이가 존재하지만, 양자 컴퓨터 기술의 역사가 길지 않고 한국의 젊은 연구자들의 관심과 참여가 높아 빠르게 따라잡을 잠재력이 충분하다고 평가됩니다 [22:24].
서울대학교 하이브리드 양자 컴퓨팅 센터: 다양한 시스템 간의 상호 작용을 통해 양자 정보를 교환하는 연구와 함께, 미래를 이끌어 나갈 고급 인력 양성에 힘쓰고 있습니다 [22:51]. 물리학, 수학, 화학, 전기공학, 컴퓨터 공학 등 다양한 전공의 학생들이 양자 기술 연구에 참여하고 있습니다 [23:25].

궁극적으로 양자 컴퓨터의 미래는 불확실성이 크지만, 단기적인 응용 분야와 장기적인 기초 과학적 기여 모두에 투자하는 것이 중요하다고 정현석 교수는 강조합니다 [21:08].

자세한 내용은 다음 YouTube 영상에서 확인하실 수 있습니다: https://www.youtube.com/watch?v=h88zFpZsyiw