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“히어로 영화를 보면 주인공들이 초인간적인 힘을 갖고 있지만 현실 세계에서는 어떤 이들도 그런 능력을 갖고 있지 않음. 양자컴퓨터는 현실 세계에서 언뜻 그리기 힘든 양자물리학의 특성으로 이러한 초능력을 갖추게 됨. 양자컴퓨터는 강력한 계산 능력으로 인공지능(AI)이 데이터에서 정확한 모델을 찾아내는 데 일조할 것임”

김정상 듀크대 교수는 이달 18일 매일경제신문이 개최한 ‘제21회 세계지식포럼’에 참여해 미래 컴퓨터로 주목받는 양자컴퓨터를 소개하며 이같이 말했음. 김 교수는 양자컴퓨팅 하드웨어를 개발하고 있는 기업인 아이온큐의 공동창업자이자 최고기술책임자(CTO)이기도 함.

김 교수는 현재 컴퓨터와 미래 컴퓨터는 개념 자체가 달라질 것이라며 1960년대 미국과 옛소련의 우주 경쟁에서 활약한 미국항공우주국(NASA)의 여성 계산원들을 그린 영화 ‘히든 피겨스’를 예로 들었음. 김 교수는 “50년 전 컴퓨터는 사람들이 계산하는 것을 뜻했다”며 “NASA의 컴퓨터와 지금 구글의 컴퓨터가 다르듯 차세대 컴퓨터도 오늘날 생각하는 컴퓨터 모습과 다를 것”이라고 말했음.

김 교수는 양자컴퓨터가 활용하는 양자물리학의 특성인 ‘중첩’과 ‘얽힘’을 히어로 영화에서 주인공이 가진 ‘초능력’에 비유했음. 중첩은 관측 전에는 두 가지 이상의 특성을 동시에 가질 수 있는 특성임. 얽힘은 두 양자가 서로 정보를 공유하는 특성임. 지금의 컴퓨터는 0과 1이라는 디지털 개념을 이용해 정보를 저장하고 계산함. 반면 양자컴퓨터는 양자물리학의 특성을 이용해 0과 1을 동시에 나타내는 ‘큐비트’에 정보를 저장하고 연산함.

이를 통해 큐비트가 늘어날수록 양자컴퓨터의 연산 능력은 기하급수적으로 늘어남. 김 교수는 “20큐비트가 8메가바이트 정도라면 50큐비트는 9페타바이트, 160큐비트까지 늘어나면 10의 50제곱 바이트와 맞먹는다”며 “이는 지구상 모든 원자 개수를 다 합친 수준”이라고 말했음.

김 교수는 양자컴퓨터가 아이온큐의 양자칩을 예로 들며 상용화까지는 아직 거리가 있지만 빠른 시일 내에 현재 컴퓨터를 넘어서리라고 예측했음. 아이온큐는 원자를 포획하는 이온 트랩 방식을 활용해 2cm 길이 칩에 80개 큐비트를 넣을 수 있는 기술을 개발하고 있음. 김 교수는 “아직은 전통 컴퓨터 성능에 도전장을 낼 만큼은 아니다”면서도 “앞으로 2년에서 5년 사이 기존 컴퓨터가 경쟁할 수 없는 수준의 성능을 갖출 것”이라고 말했음.

양자컴퓨터는 인공지능(AI)이나 기계학습을 활용해 엄청난 양의 데이터에서 모델을 찾아내는 데 주로 사용되리란 전망임. 데이터를 학습하고 이를 토대로 패턴을 예측하는 AI는 많은 양의 데이터를 학습할수록 정확한 모델을 내놓게 됨. “AI나 기계학습이 진보해 왔지만 여전히 기초적인 모델 외에는 만들지 못하는 상황”이라며 “너무 많은 종류의 가능성이 모델에 담겨 있기 때문”이라고 말했음.

신약 개발이나 고효율 배터리 개발, 수송망 결정 등 모델이 복잡해 오랜 기간이 걸리는 여러 산업의 문제를 해결해주리란 기대임. 그는 “양자컴퓨터가 여기에 최적화됐다고 생각한다”며 “강력한 계산 능력으로 신뢰성과 예측력 높은 결과를 낼 수 있다는 점이 세상에 가장 일조하는 부분이 될 것”이라고 말했음.

김 교수는 “최근 기초과학 분야에서도 양자컴퓨터는 세계에서 가장 대단한 발견물이었다”며 “이를 활용해 다양한 연산 능력을 발휘하는 날이 10~20년 내로 나타나지 않을까 생각한다”고 예측했음.