양자 컴퓨터에 대한 기사를 읽고서

안녕하세요? 

이 블로그에서도 여러번 언급이 된 양자 컴퓨터이지만, 지금까지도 이에 대해서는 소위 '파도파도 끝이 없는'모습을 보여주고 있습니다. 이러던 중에 Newton 2018년 5월호에 [기본부터 알 수 있는 양자 컴퓨터]라는 제목의 기사가 있기에 한번 읽어 보고는 상당히 유용해 보이는 기사라는 생각이 들었기에, 이번 포스팅에서 한번 리뷰해 보고자 합니다.

먼저 기사는 양자 컴퓨터의 '위력'을 설명하기 위해서, 아래 또는 위로만 움직이는 스위치 10개가 붙어 있는 '금고'를 예시로 들고 있습니다. 이 금고를 열기 위해서는 2의 10승이 되는 1024가지를 모두 실행해 보고나서, 일일히 시행착오를 해서 비밀번호를 입력해야 한다고 합니다. 이런 금고를 가지고서 기사는 시작을 하고 있습니다.

제가 보기에도 이 비유는 양자 컴퓨터의 '성능'을 한번에 명확하게 보여 줄 수 있는 비유였는데[, 여기서 '상하를 동시에' 할 수 있는 '스위치'가 있으면, 이 스위치가 바로 '양자 스위치'로 정답인 1개의 패턴와 오답인 1023개 패턴을 동시에 실행할 수 있다고 합니다. 그래서 최초에는 0 혹은 1로 모두 나타나는데, 금고 손잡이를 돌리면 정답이 되는 패턴으로 알아서 움직여서 금고가 열린다고 합니다.

그래서 이를 기존의 컴퓨터가 쓰는 비트는 마치 '동전'과 같아서 앞면과 뒷면이 있고, 기사의 그림에는 '처리장치인 로봇팔'이 이 동전을 용도에 맞게 '뒤집는' 것으로 묘사를 했습니다. 반대로 '양자비트'는 반은 0, 반은 1이 적힌 면이 있는 '구체'로 묘사를 했으며, 기사에서는 '처리장치인 로봇팔'이 구체를 '회전'시키는 것으로 묘사를 하는 것입니다. 결론적으로 이 그림의 묘사는 왜 '기존의 컴퓨터'와 '양자 컴퓨터'가 다른지를 설명하는 효과적인 묘사라고 생각합니다.

이어서 양자비트의 종류에 대해서 설명을 하는데, 지난번 과학동에의 기사를 일고서 했던 포스팅에서는 다루지 않은 '광자'에 대한 이야기가 나오는 것을 볼 수 있었습니다. 이 '빛의 소립자'가 '입자' 이면서 동시에 '파동'의 성질도 가지고 있기 때문에, '편광'이라고 해서 빛의 진동방향이 일정한 빛이 나오는데, 이 '편광의 중첩'을 이용하는 것 입니다.

링크: 2017년 말 현재 개발 중인 양자 컴퓨터의 종류

위 링크와 연계해서 읽어 보시면, 이 '양자비트'에는 종류가 다양한 것을 알 수 있어 보입니다. 다만, 기사의 언급에서는 회로 배치가 자유롭고 소영화가 쉽다는 이유로 '초전도 회로 방식'이 많이 쓰이고 있다고 합니다. 그러면서 기사는 이 양자 컴퓨터가 현재 어떤 상황이며, 무엇이 양자 컴퓨터에 필요한 지를 이야기 하기 시작합니다.

먼저 현재의 소규모 양자 컴퓨터는 보통 컴퓨터 보다 빠르게 계산을 할 수 없으며, 선택지가 방대한 문제에서 '최적의 선택지'를 고르는 '순회 세일즈맨 문제'라고 '최단경로'를 구하는 문제에 그 실력을 잘 발위 하는데, 이를 활용하기 위해서는 위 그림과 같이 '양자 알고리즘'이 필요하다고 합니다. 실제로 이런 양자 알고리즘 없이 양자 비트를 돌리면 '정답이 아닌 랜덤한' 계산 결과가 나오기 때문에, 원하는 답을 얻기 위한 위 그림과 같은 개념의 '양자 알고리즘'이 필요하다고 합니다. 다만, 지면 관계상 이 '양자 알고리즘'에 대한 더 자세한 설명이 없는게 아쉬웠습니다.

거기다가 일반적인 컴퓨터에 계산 오류가 없는 이유는 '오류 정정'이라는 메커니즘이 갖추어져 있기 때문이라고 합니다. 그런데 이를 양자 컴퓨터에 적용하기 위해서는 '양자 비트의 수'를 늘려야 하는데, 대표적으로 '초전도 방식'을 사용할 경우 신호가 간섭되어 중첩상태를 쉽게 무너뜨리며, 나머지 방법도 가지가지로 문제가 있다고 합니다. 결국 '오류 정정'을 위한 장치를 아직은 준비할 수 없기에, '계산의 신뢰도'문제가 남아 있다고 합니다.

그래서 오류정정등의 기능을 갖춘 실용적인 양자 컴퓨터는 아직 멀었지만, 이전 포스팅에서도 언급한 적이 있는 '양자 어닐링 머신'과 같은 '특화형'이기는 하지만 이런 형태도 있다고 합니다.

링크: 상용화된 양자 컴퓨터-양자 어닐링 머신이란 것이 있다고 합니다.

그러면서 기사는 근 미래를 성정 했는지, 양자 컴퓨터가 '일상적'인 용도 보다는 몇몇 '한정된 용도'로 사용될 것이라고 언급을 하고 있습니다.

이렇게 마지막으로 기사는 끝이 났는데, 전체적으로는 깊이 파고 들어 간다기 보다는 대략적인 상황을 보여준다고 하는 편이 어울린다는 생각이 들었습니다. 다만, 기존에 생각해 본적도 없는 '오류정정'이라거나 '양자 알고리즘(Quantum Algorithm)'에 대한 언급이 있었고, 이에 대해서 알 수 있었다는 것암으로도 큰 수확이 아니었나 하는 생각이 듭니다. 다만 여기서 양자 알고리즘에 대해서는 나중에 약간의 조사를 한 다음에 다시 포스팅을 올려야 겠다는 생각이 듭니다.