최근 들어 양자역학에 대한 이야기와 양자컴퓨터에 대한 이야기들이 종종 보이고 있습니다. 다소 어려운 개념이어서
평소 관심이 없는 분들에게는 원리조차 어렵게 느껴질 수 있습니다. 그래서 누구나 쉽게 이해하실 수 있도록 최대한
간단하게 원리와 양자컴퓨터가 가져올 미래에 대해서 말씀드리겠습니다.
양자역학부터 알자
양자역학
양자역학 누구나 한 번쯤 들어봤지만 어려운 과학적 개념입니다. 이중 슬릿 실험이나 슈뢰딩거의 고양이 이야기로
이해하시는 것이 쉬울 수 있지만, 그 마저도 어려운 분들에게 더욱 쉽게 설명드려보겠습니다.
참고로 무엇인지는 알겠지만, 이해는 안 된다 라는 생각이 드시면 정상입니다. 아인슈타인 마저도 양자역학을 이해 못 하고 오히려 반대하다가 생을 마감했기 때문입니다.
기본적인 개념은 관측을 하기 전에는 정확하게 위치가 정해지지 않으며 관측하는 순간 위치가 정해진다입니다.
즉, 외출을 한 당신과 아무도 없이 비어있는 본인의 집이 있습니다. 이때 집에 있는 TV가 자신이 생각하는 집에 위치에 있다고 생각합니다. 하지만 양자역학에서는 이는 틀린 말입니다. TV는 지금 어디에 있는지 모릅니다. 다만 당신이 집에 들어가는 순간 TV는 그 위치에 있게 됩니다.
양자역학에서 TV는 당신의 집에 있을 수 있고, 미국에 중국에 어디에든 동시에 어딘가에 존재합니다. 그러다가 집에 들어가 관측하는 순간 당신의 집으로 위치가 결정됩니다.
하지만 여러분은 모두 알고 있습니다. 그런 허무맹랑한 일은 없다는 것을 말이죠.
네 맞습니다. TV나 우리가 아는 모든 구성체는 수많은 원자들이 모인 집합체입니다. 그들은 서로 우리 눈에 보이지 않는 힘을 받고 있습니다. 그렇기에 양자역학적인 현상이 일어나지 않습니다.
매우 민감하기 때문에 빛이나 원자끼리 발생하는 전자기력, 공기저항 등 방해하는 힘이 거의 없어야 이러한 현상은
일어날 수가 있습니다. 그렇기에 현실에서는 일어나지 않는 것이죠.
하지만 분명히 원자의 주변에 있는 전자라는 것은 실험을 통해 동시에 존재하다가 관측하는 순간 결정되는 현상이
일어났습니다. 믿을 수 없는 일이죠. 이를 토대로 양자역학이 발전하게 됩니다.
양자컴퓨터의 원리는?
양자컴퓨터의 원리는 양자역학 기반입니다. 어려운 말로 양자 중첩과 얽힘이라고 하는 현상을 말하죠.
쉽게 말하면 1개의 물질이 다양한 상태로 동시에 존재하는 것을 이용하는 것입니다.
예를 들면, 씻고 있는 나, 밥을 차리고 있는 나, 옷을 꺼내 놓는 나 등이 동시에 존재하여 일을 하는 것 입니다.
이게 컴퓨터에 어떻게 적용이 될까요?
큐비트
양자컴퓨터는 큐비트를 기반으로 돌아가게 됩니다. 컴퓨터는 기본단위로 비트를 사용합니다. 여기에 양자컴퓨터는
양자라는 뜻의 퀀텀을 넣어서 큐비트라고 이름을 짓게 되었습니다.
큐비트의 장점은 '동시'라는 것입니다. 일반 컴퓨터는 0과 1 중에서 1개의 값만 가질 수 있습니다. 하지만
큐비트에서는 0과 1을 동시에 가지고 있습니다. 이러한 큐비트가 많아지면 일반 컴퓨터로 상상할 수 없는 정보처리
속도를 가져오게 됩니다.
예시를 들어드릴게요.
일반적인 컴퓨터에서 10개의 경로를 주고 가장 최단시간으로 가는 경로를 찾아라 지시를 한다면
일반 컴퓨터는 10개의 길을 1개씩 모두 가보고 최단시간 경로를 찾아냅니다.
하지만 양자컴퓨터는 10개의 길을 동시에 갑니다. 그리고 최단시간 경로를 찾아냅니다.
이제 양자컴퓨터의 원리가 쉽게 이해가 되셨을까요?
왜 상용화 시기가 안 나올까?
그럼 이렇게 좋은 양자컴퓨터의 상용화 시기가 왜 안 나오고 있을까요?
양자컴퓨터의 구현은 구글이나 여러 회사에서도 했으며, 우리나라도 구현은 했습니다. 다만 상용화할 만큼의
성능을 가진 정도는 아니죠. 기술적인 한계가 있기 때문입니다.
- 초전도체 유지를 위한 영하 273도를 유지하는 기술적 시스템
- 큐비트의 품질 ( 더 오래 쓸 수 있는 수명 )
더 많은 이유들이 있지만, 기본적으로 이러한 문제들 때문에 상용화가 지금은 어렵습니다.
미래에 어떤 변화가 올까?
양자컴퓨터는 미래에 어떤 변화를 가져오게 될까요?
현재 암호체계 파괴
처음부터 부정적인 이야기입니다. 현재 암호체계는 양자컴퓨터가 제대로 완성된다면 모두 뚫립니다.
즉, 여러분이 양자컴퓨터를 가지고 계시다면, 미국의 기밀문서나 국방부인 펜타곤의 정보를 모두 볼 수 있습니다.
물론 옆사람의 계좌 비밀번호도 알 수 있으며 모르는 게 없죠. 이건 범죄로 이어지고 국가 차원에서는 거의 세계를
지배하는 수준의 정보력을 가지게 될 것입니다.
그래서 모든 나라가 이렇게 개발을 하려는 이유이죠.
다양한 분야의 발전
양자컴퓨터가 일반 컴퓨터보다 느린 것도 있습니다. 모든 부분에서 우위를 가지지는 못합니다. 특히 양자컴퓨터가
강세를 보이는 것은 위에 예시로 설명드린 길 찾기입니다. 그래서 내비게이션으로만 활용하는 것은 아닙니다.
이번 코로나 신약개발에 걸리는 시간이 꽤 걸렸습니다. 만약 양자컴퓨터가 있었다면, 수많은 시물레이션을 하루면
끝냈을 거고, 결과적으로 신약을 개발하는데 시간이 굉장히 많이 단축될 것입니다. 이렇게 시물레이션을 통해서
결과를 얻을 수 있는 모든 분야는 급속도로 발전할 것 입니다. 의료계의 발전은 당연하죠.
이상으로 양자컴퓨터의 원리와 미래에 대해서 간단하게 설명을 드렸습니다. 워낙 쉽지 않은 내용이어서 이렇게 설명을 드려도 어려울 수 있습니다. 정상이니 천천히 하나씩 이해해보시길 바랍니다.
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