인류가 또 하나의 경계선을 돌파했다. 바로 양자컴퓨터다.

지난 20일(현지시간) 엔비디아 연구원들을 그래픽 처리 장치(GPU)를 이용할 수 있는 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션을 통해 상업적으로 실현 가능한 양자컴퓨터 구축에 주목할 만한 진전을 이뤘다고 주장했다. 감동과 경외감을 동시에 느꼈다. 그 생생한 감정을 전달하고자 이번 칼럼에서는 정말 힘든 주제인 양자컴퓨터에 대해 다뤄본다.

양자컴퓨터의 정확한 원리에 대해 간단히 설명하지는 못할 것이다. 미국의 천재 물리학자 리처드 파인먼도 양자역학을 완벽히 이해한 사람은 아무도 없다고 공언했다. 날고 기는 천재들도 설명은커녕 이해하기도 힘든 분야다.

일단 양자컴퓨터가 일반 컴퓨터와 어떻게 다른지 설명해 보자. 양자컴퓨터는 양자역학에서의 양자 얽힘 및 중첩 등의 효과를 이용해 계산하는 컴퓨터다. 기존의 컴퓨터는 0과 1만 구분할 수 있지만 양자컴퓨터는 마치 ‘슈뢰딩거의 고양이’처럼 0과 1을 동시에 공존시킬 수 있다.

이론적으로는, 현존하는 최고의 슈퍼컴퓨터가 수백 년 걸려도 풀기 힘든 문제도 몇 초면 풀어내는 능력을 갖출 것이다. 이런 무궁무진한 기술 때문에 AI 분야는 물론 군사적 이용가치가 매우 커 세계의 패권경쟁에서도 주요 분야로 잡혀있다.

양자컴퓨터의 탄생은 매우 필연적이었다. 1960년대 이후부터 뇌를 모방하는 기기(단순히 말해 칩)에 관한 기술들이 크게 발전했다. 크기를 줄이는 동시에 더 강력하게 진화하고 있었다. 하지만 결국엔 컴퓨터 부품들이 원자의 크기에 가까워져 가는 물리적인 한계에 다다르고 있었다. 쉽게 말해 반도체 회로의 집적도가 이미 한계에 가까워졌다는 신호들이 나타난 것이다. 그 대안으로 양자컴퓨터 쪽으로 발전 트리가 변경된 것이다.

불과 90년대 초부터 2000년대 초반까지는, 쉽게 비유하자면 A4 용지 한 장에 누가 더 많은 글을 써내는 경쟁을 했던 것이다. 하지만 상업적 측면에서도 집적도를 늘리면 늘릴수록 단위면적당 생산량이 늘어나 비용이 절감되는 것이어야 하는데, 가공에 돈이 더 들어가는 현상이 발생해 더는 집적도를 증가시킬 이유가 사라진 것이다.

현재 이미 그와 관련된 이슈들이 발생하고 있다. 단순하고 쉽게 해설하자면, 눈에 보이지도 않는 단위의 칩을 만드는 것에는 성공했지만, 회로가 너무 작고 전류가 회로보다 커서 생기는 누설전류 현상이 발생하고 있다. 인류가 더는 제어할 수가 없는 원자단위까지 온 것이다. 이 얼마나 거만하고 멋진 말인가?

현재 양자컴퓨터는 개발 중인 단계다. 막 새싹을 틔우고 햇빛 받으며 무섭게 성장하고 있다. 아직 일상에서 활용할 정도로 실용화되기엔 실망적이다. 그 근본적인 이유는 일단 현재 인류가 가진 기술로는 양자를 효과적으로 통제하기가 어렵기 때문이다. 이 또한 깊게 파고 들어가면 얼마 전 세계의 이슈였던 초전도체를 주제로 설명하게 되니 대충 넘어가겠다.

조 바이든 대통령이 중국의 양자기술에 대한 제재 행정명령을 내린 때문인지는 모르겠지만, 중국도 양자컴퓨팅 기술에 무섭게 파고들고 있다. 세계 최초의 상용 PC형 양자컴퓨터를 발표한 곳도 중국이다.

사실 그렇게 큰 기대와 신뢰가 가진 않지만 그래도 대단한 성과로, 중국·대만·일본 그리고 미국에 있는 20여 개 대학 및 연구기관에서 이 컴퓨터를 산 것으로 알려졌다. 뭐 원리는 맞지만, 성능이 성능이다 보니 대부분 교육용으로 사용한다고 한다. 이런 사양으로는 실질적인 연구 개발은 힘들다.

양자컴퓨터가 일반적인 컴퓨터보다 단순하게 우월하다고 할 수 있는 문제는 아니다. 양자컴퓨터만으로 현재 컴퓨터의 모든 기능을 대체한다는 것은 살짝 닭 잡는 데 소 잡는 칼을 사용하는 격이다. 서로 사용하는 분야와 목적이 다르고 효율도 다르기 때문이다.

그 끝이 언제 어딘지는 모르겠지만, 필자가 보는 미래는 현재의 컴퓨터와 양자컴퓨터가 서로 상호 보완해주는 그런 시대가 될 것이다.

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