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구글이 현존하는 슈퍼컴퓨터보다 10의 24제곱인 10셉틸리언 년(年), 즉 10자 년이 걸리는 문제를 단 5분만에 푸는 양자컴퓨터를 개발한 것이죠.

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구글이 자체 개발한 새 양자칩 ‘윌로우’ . <사진=구글>



셉틸리언이니, 외제차차량유지비 자니 처음 들어본 표현들이죠. 셉틸리언은 우주의 나이보다 훨씬 더 오래 걸리는 시간이고요.

1조, 1경, 1해 그다음이 자 입니다. 10자는 1조 곱하기 1조에 달하는 수입니다.
그간 이론의 영역에 그치던 양자컴퓨터가 이제 상용화의 영역으로 바뀌는 초입에 서 있습니다.
내년 초에 열릴 경남중소기업대출 세계 최대 가전·정보기술(IT) 박람회 ‘CES 2025’에서도 양자컴퓨터가 주요 화두로 떠오를 전망이죠. “대체 양자가 뭔데?”라는 분들은 이 기술 매커니즘을 한번 꼭 짚고 넘어가야할 필요가 있습니다.


구글 윌로우의 등장...“10자년 걸리는 계산 5분만에 완료”
구글은 공무원성적 12월 9일 양자컴퓨터 ‘윌로’ 칩을 개발했다고 과학 전문지 네이처에 논문을 발표했습니다.

근데 이 논문에 나온 양자컴퓨터는요. 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터로 10자년이 걸리는 계산을 5분 안에 끝낼 수 있습니다. 물리학에서 알려진 시간의 척도를 초과하고, 우주의 나이를 훨씬 초과하는 수준입니다.
2 핸들링 019년 구글이 슈퍼컴퓨터로 1만년 걸리는 문제를 3분20초만에 풀어냈다고 밝힌 53큐비트 양자칩 ‘시카모어’보다도 압도적입니다.



구글의 양자컴퓨터 실험 기기.



구글의 윌로우 칩은 105개의 큐비트로 구성됩니다. 큐비트는 양자컴퓨팅에서 정보를 사용하는 기본 단위로, 그동안 양자컴퓨팅은 큐비트가 늘어날수록 오류가 발생할 확률도 증가한 것이 문제로 꼽혀왔습니다.

구글은 이번에 큐비트 수가 증가할수록 오류가 줄어드는 방법을 찾았고, 실시간으로 오류를 수정할 수 있는 기술도 개발했다고 밝혔습니다. 이론의 영역에 있던 양자컴퓨터를 실용적으로 만드는 데 중요한 단계인 겁니다. 구글은 실제 문제 해결 사례를 내년에 발표할 것이라고 전했습니다.
구글 양자 인공지능 연구소의 책임자인 하르트무트 네벤은 “윌로우 칩은 10여 년 전부터 시작된 여정의 중요한 단계”라고 평가했습니다. 그만큼 오랜 시간을 투입해 만든 결과물로, 이 소식이 전해지자 구글의 모회사인 알파벳 주가는 이틀 동안 12% 넘게 뛰었습니다.



2019년 10월 미국 캘리포니아주 구글 샌타바버라 양자컴퓨터 연구소에서 양자컴퓨터 연구원인 대니얼 생크(오른쪽)가 구글 모기업인 알파벳 최고경영자(CEO) 순다 피차이와 대화를 나누고 있다.



양자컴퓨팅은 양자역학 원리를 이용해 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠른 속도로 복잡한 계산을 수행하는 차세대 기술입니다.

양자컴퓨터란 이 기술을 응용해 적용한 컴퓨터고요. 더 이상 작게 나눌 수 없는 최소단위의 물리량인 ‘양자’가 갖는 특성인 ‘중첩’과 ‘얽힘’ 등의 성질을 이용해 컴퓨팅 능력을 비약적으로 향상시켰습니다.
보통 컴퓨터는 0과 1이라는 2진법 연산의 디지털 비트(bit) 체계로 작동하죠. 정보를 입력하고 계산해 출력하는 과정에서 수많은 ‘YES’와 ‘NO’를 반복해야합니다.
양자컴퓨터는 0과 1을 동시에 나타낼 수 있는 ‘중첩’ 큐비트를 사용합니다. 동시에 연산을 표현할 수 있게 되면서 연산 능력이 극대화되고, 방대한 양의 데이터를 빠르게 처리할 수 있게 되니 복잡한 문제를 손쉽게 풀어낼 수 있죠.
현재 엔비디아의 AI 반도체를 수없이 병렬로 쌓아 컴퓨터 연산 처리 속도를 높인 곳이 바로 AI 데이터센터입니다. 현재의 AI 반도체 기반 데이터센터보다 연산 속도를 수억 배는 더 키운 것이 양자컴퓨터라고 이해하면 쉽습니다.
속도가 빠른 게 왜 중요하냐고요?
알파고 개발사로 알려진 구글의 AI 기업 딥마인드는 2020년 단백질 구조를 파악하는 AI 모델인 알파폴드 2세대 버전을 내놨는데요. 올해 5월에는 최신 버전인 ‘알파폴드3’도 출시했죠. 알파폴드2 공개 당시 과학자들이 10년간 풀지 못했던 세포의 단백질 구조를 단 30분 만에 찾아냈습니다.
통상 암세포와 치료제가 결합하는 구조를 정확히 예측하는 것은 수년씩 걸렸습니다. 이 때문에 신약 개발이 어려웠고요. 그런데 이 작업을 수십여분 만에 해내는 것입니다. 윌로우 등장으로 그 속도가 획기적으로 빨라질 것이고요.
복잡한 경로를 최적화하는데도 탁월한 성과를 보입니다.
가령 테슬라의 무인 자율주행 택시인 로보택시도 복잡한 경로를 최적화해 최단 시간, 최단 거리로 목표지점까지 도착하는 게 필요하죠. 이때 양자컴의 예측이 효율적으로 적용될 수 있다는 겁니다. 차량 에너지 효율도 높이고, 교통 체증도 줄이게 되겠죠.

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테슬라 무인자율주행 택시인 ‘로보택시’. <사진=테슬라>



이처럼 양자컴퓨터는 인공지능(AI) 섹터부터 신약 개발, 금융 모델링, 제조, 에너지, 통신 등 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다.

특히 양자컴퓨터로는 현존하는 모든 암호체계를 깰 수 있을 것으로 보이는 게 주목되는 부분입니다.
개인들의 온라인 비밀번호는 물론이고요. 미국이나 러시아 정부 국방 인프라를 해킹해 핵무기 암호코드도 빼낼 수 있죠.
심지어 비트코인의 암호 알고리즘도 해독해낼 수 있다는 전망이 나오자, 구글의 윌로우가 소개된 이후 암호화폐는 줄줄이 하락했습니다.
업계 전문가들은 비트코인의 보안을 뚫기 위해서는 100만여 개의 고품질 큐비트가 필요한데, 100여 개의 큐비트를 갖춘 윌로우로는 비트코인의 암호를 깨는 것이 불가능하다고 일단 전망합니다.




양자컴퓨터가 비트코인에 직접적인 보안 위협을 가할 정도의 수준에 도달하려면 최소 10년에서 20년은 걸릴 것이라는 겁니다.

그 사이에 암호화폐 업계에서도 보안 위협에서 벗어나기 위한 양자 저항 알고리즘을 개발할 수 있다는 거죠. 실제로 비탈릭 부테린 이더리움 공동창립자 주도로 양자 저항 알고리즘 개발을 위한 논의가 이어지고 있는 것으로 전해졌습니다.
구글에서는 2021년 9월 양자컴퓨터 ‘시카모어’를 소개하면서 “양자컴퓨터는 가장 정확하게 자연을 시뮬레이션하고 실험할 수 있다. 10년 내 오류 보정 문제를 끝내고 지금까지 해결하기 어려웠던 에너지, 환경, 의료, 우주 등 여러 분야에 적용할 수 있을 것”이라고 밝힌 바 있습니다.


양자 스타트업 주가 올해만 1000% 주가 ‘쑥’...“더 오를수도”
IBM은 초전도체 방식의 양자컴퓨터를 개발하는 대표적인 기업입니다. IBM은 2018년 세계 최초로 ‘퀀텀’이라는 양자컴퓨터를 상용화하는 데 성공했죠. 구글과 함께 양자컴퓨터를 개발하는 빅테크 기업으로는 제일 눈에 띄죠.

하지만 최근 뉴욕증시에서 눈길을 끄는 건 아이온큐, 리게티컴퓨팅, 디웨이브시스템 등 양자컴퓨팅 스타트업입니다. 이들 모두 양자컴퓨터 하드웨어와 관련한 기업이죠.

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아이온큐의 양자 하드웨어인 ‘아이온큐 포르테’. <사진=아이온큐>



대표적으로 올해 239% 주가가 상승한 아이온큐는 양자컴퓨터의 크기를 비디오 게임기 수준으로 만들고자 하는 곳입니다. 아이온큐는 최근 자사의 양자컴퓨팅 하드웨어와 엔비디아의 ‘쿠다-큐’ 플랫폼을 활용해 양자컴퓨팅 애플리케이션 개발에 성공했다는 소식을 전하기도 했죠.

아이온큐의 최고경영자(CEO) 피터 채프먼은 “투자자와 고객 모두 양자 애플리케이션이 언제 실질적인 문제 해결에 사용될 수 있을지 궁금해한다”며 “충분히 강력한 양자 컴퓨터와 이를 활용할 수 있는 애플리케이션, 그리고 대규모 제조 능력이 융합될 때 가능할 것”이라고 말했습니다.
피터는 이어 “초기 단계의 양자 컴퓨터도 완벽해지기 전에 가치를 제공할 수 있다. 완벽을 추구하는 동시에 조기에 의미 있는 수익을 창출할 수 있다”고 강조했습니다.
미국 금융 서비스 회사 DA 데이비슨은 아이온큐를 ‘매수’ 등급으로 매기고, 50달러의 목표 주가를 제시했습니다. 현재 주가는 지난 23일 기준 41달러 안팎이죠.
데이비슨은 “아이온큐는 고전적 컴퓨팅의 한계를 극복하고 양자 컴퓨팅 시장의 급속한 성장을 활용할 수 있는 매력적인 투자”라며 “아이온큐의 트랩 이온 큐비트 아키텍처가 IBM, 구글 등 경쟁사보다 안정성, 정확성, 확장성 면에서 우수하다”고 분석했습니다.

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리게티컴퓨팅 연중 주가 그래프. <사진=구글파이낸스>



IBM에서 양자 컴퓨터 개발을 이끌었던 채드 리게티가 2013년 설립한 리게티컴퓨팅은 양자 컴퓨터용 칩을 설계하고 제조합니다. 엔비디아의 AI개발자들을 위한 플랫폼인 쿠다 플랫폼과 마찬가지로 개발자들이 클라우드 플랫폼에서 양자 알고리즘을 개발할 수 있도록 지원하는 ‘풀스택’ 서비스도 제공하죠.

이 종목은 올해만 1091% 주가가 상승했고, 최근 한 달 동안 300% 안팎으로 상승했습니다.
미 투자은행 크레이그-할럼은 리게티 컴퓨팅을 두고 ‘매수’ 평가와 12달러의 목표 주가를 내놨습니다. 회사는 “리게티는 독특한 확장성 이점을 가지고 있으며, 향후 수년 내에 양자적 우위를 확보할 수 있을 것”이라고 전망했습니다.
양자컴퓨터 섹터는 미국이 내년 1월부터 중국의 반도체, AI, 양자컴퓨팅 등 첨단 분야에 대한 투자를 금지하기로 하면서 주목도가 더 커지는 모습입니다.



중국 바이두가 개발한 양자컴퓨터 첸시.



AI에 초점이 맞춰져 있던 빅테크 간 경쟁이 양자컴퓨터로 옮겨갈 것이란 분석도 나옵니다. 포천비즈니스인사이트에 따르면 지난해 8억8540만달러(약 1조2600억원)이었던 글로벌 양자컴퓨터 시장 규모는 2032년에는 126억2000만달러(약 18조원)까지 불어날 전망입니다.

물리학자인 박권 박사는 “과학은 우주가 무엇인지 이해하는 과정이다. 이 과정에서 특히 중요한 단계는 우주를 이루는 물질이 무엇인지 이해하는 부분이다. 우리가 아는 한, 우주를 이루는 물질이 무엇인지 가장 정확하게 설명할 수 있는 이론은 양자역학”이라고 밝혔죠.
우리는 이제 우주를 이해할 수 있는 시대의 초입에 들어서게 된 것일까요?

‘홍키자의 빅테크’는 테크, 플랫폼, 이코노미와 관련된 각종 이슈 뒷얘기를 파헤칩니다. 지금 홍성용 기자의 기자페이지를 ‘구독’하시면 깊이가 다른 콘텐츠를 만날 수 있습니다.