환상적인 양자 마술쇼가 끝날 시간이 다가오고 있습니다. 이제 곧 여러분은 관측당할 겁니다. 그럼 양자의 성질을 잃고 고전물리학의 세계로 돌아가겠죠. 너무 아쉬워하진 마십시오.

이 작은 입자의 세상에서 양자의 마법은 계속될 테니까요.

양자컴퓨터 쓰려면 기술의 혁신 필요해

지난 1월 29일, 일본 도쿄대학교 공동연구팀은 기존 기술보다 1000배 이상 빠르게 양자 얽힘 상태를 만드는 기술을 개발했다고 발표했어요. 연구팀은 “이 기술은 초고속대용량 통신 개발에 기여할 것”이라고 내다봤죠. 그렇다면 실제로 우리가 일상에서 양자 기술을 쓰는 건 언제쯤일까요? 고등과학원 계산과학부 김재완 교수는 “양자역학의 이론적인 부분은 거의 알려져 있고 원리도 그리 어렵지 않다”며 “진짜 어려운 건 중첩이나 얽힘을 우리가 사용할 수 있는 기술로 실현하는 것”이라고 설명했어요.

예를 들어 양자컴퓨터를 상용화하기 위해서는 단순히 큐비트의 수를 늘리는 것뿐 아니라 여러 큐비트가 중첩된 상태를 안정적으로 유지하고 오류를 줄일 수 있는 기술이 필요하다는 거지요. 김 교수는 “아직 해결 방법을 찾고 있어 구체적인 상용화 시기를 추측하기는 어렵다”고 말했어요. 그러면서도 “양자의 특성을 잘 활용할 수 있는 기술을 찾으면 새로운 약품과 물질의 개발 등 사회의 많은 문제를 해결할 수 있을 것”이라고 기대했어요.

진실 혹은 거짓

양자컴퓨터, 그것이 알고 싶다

Q.양자컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 무조건 빠르죠?

그렇지 않다! 문제를 효과적으로 푸는 방법이 이미 알려진 문제는 기존 컴퓨터가 훨씬 잘 푼다. 하지만 빨리 푸는 방법이 없어 일일이 아주 많은 계산을 해야하는 특정 유형의 문제에서는 양자컴퓨터가 훨씬 빠르다. 잘 작동하는 양자컴퓨터는 이론적으로 슈퍼컴퓨터보다 30조 배 빠르게 계산할 수 있다.

Q.양자컴퓨터가 상용화되면 암호가 무용지물이 된대요!

부분적으로는 맞지만 과장된 측면이 많다! 현재 암호는 소인수분해처럼 ‘맞는 소수를 찾을 때까지 하나씩 숫자를 대입하는 것’밖에 푸는 방법이 알려지지 않은 문제를 활용하는 경우가 많다. 이런 유형의 암호는 쉽게 뚫릴 수도 있다. 하지만 암호를 만드는 기술은 다양하고, 단순 계산으로 해결할 수 없는 암호는 양자컴퓨터로도 쉽게 뚫을 수 없다. 또 양자 내성 암호(PQC) 등 새로운 보안 기술 연구도 활발히 진행되고 있다.

Q.그런데 양자컴퓨터는 왜 그렇게 커요?

냉각장치 때문! 양자컴퓨터에는 양자의 성질을 이용해 정보를 처리하는 단위인 큐비트가 쓰인다. 큐비트는 외부 환경에 아주 예민해서 오류가 나기 쉽다. 그래서 구글과 IBM 등 현재 양자컴퓨터를 선보인 회사는 아주 낮은 온도에서 큐비트의 잡음을 최소화하는 방법을 주로 썼다. 즉, 거대한 샹들리에처럼 보이는 부분은 사실 절대온도^●에 가깝게 온도를 낮추는 냉각장치다.

▲한국표준과학연구원

20큐비트로 된 양자컴퓨터를 점검하는 한국표준과학연구원 연구진의 모습.

▲한국표준과학연구원

용어 설명

● 절대온도: 기체의 부피가 0이 되는 온도로 단위는 K(켈빈)이다. 0K=-273.15℃.

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[9월] 도전! 과학동아 청소년 기자