[뉴스비전e 김호성 기자] 기존 컴퓨팅과 비교해 양자컴퓨터가 부각되는 이유는 빠른속도다. 

양자컴퓨터는 이론상으로는 슈퍼컴퓨터 성능의 1억배 이상에 달하는 초고성능 컴퓨터다. 이에 따라 분야를 가리지 않고 다양한 업무에 투입될 수 있어 자율주행, AI, 화학업체뿐 아니라 빅데이터를 활용하는 서비스업체, 물류업체 등에서도 활용이 늘어날 전망이다.

이처럼 빠른 속도를 갖을 수 있는 근본적 이유는 병렬식 연산을 하는큐비트(Qubit) 구조다. 

기존의 컴퓨팅은 0과1의 이진수를 차례로 인식하는 직렬식이지만, 큐비트는 두 신호를 동시에 인식한다. 

직렬롤 연산을 하지 않고 '한꺼번에' 병렬 연산을 하기 때문에 동시에 많은 데이터를 처리할 수 있는 능력을 갖게 된 것이다. 연산량이 늘어날 수록 고전의 컴퓨터와 양자컴퓨터의 성능차이는 급격히 벌어진다.  

그러나 이처럼 훌륭한 큐비트에도 첨예한 해결 이슈가 나타나고 있다. 

◆우수한 성능만큼 환경에 예민한 큐비트...해결과제는?

여러 큐비트를 모아 양자역학적 연산을 수행하는데 있어, 외부환경과의 상호작용이 요구된다. 

이에 따라 ▲결맞음시간, ▲확장성, ▲범용성, ▲신뢰성 등 네 가지에 있어, 양자컴퓨팅의 일반화된 조건을 더욱 완벽히 맞추기 위해 세계 주요 연구소 및 IBM 및 구글 등 기업들이 분주해지고 있다.

큐비트는 사용자가 원할때 연산을 하고 이외의 경우에는 외부와 차단돼 있어야 한다. 양자 상태가 외부 환경에 민감해 원래의 정보를 잃기 쉽기 때문이다. 

병렬구조를 기반으로 원자, 이온, 양자와 전자 정보를 여러가지 형태로 동시에 부호화할 수 있는 장점의 이면에 이처럼 외부환경에는 민감한 취약점이 있다는 것. 

이와 함께 부호화한 양자정보를 일정 시간동안 유지하는 '결맞음 시간'도 양자컴퓨팅의 성공에 있어 상당히 중요한 조건이 된다. 현재까지 기술에서는 결맞음 시간은 백만분의 수십초(수십 마이크로미터초)에 불과하다. 

두번째 확장성은 비용 등 경제적 문제와 연관돼 있다. 큐비트를 무한히 늘려나갈때 이에 들어가는 시간, 공간 뿐 아니라 특히 에너지가 기하급수적으로 증가해서는 안된다. 즉, 양자컴퓨팅 연산을 수행하는데 있어 큐비트를 늘려나가게 되는데, 이때 들어가는 비용이 양자 연산을 통한 이득보다 적어야 한다는 개념이다. 

범용성은 컴퓨팅 과정에 있어 초기 상태를 확정해야 한다는점에서 큐비트초기화 등 측정 뿐 아니라, 여러 체계의 시스템에서도 구현이 가능해야 하는 요구 조건이다. 신뢰성은 양자컴퓨팅을 통한 오류가 발생하더라도 이를 감지하고 원하던 양자정보를 산출할 수 있어야 한다는 것이다. 

특히 인공지능 등 새로운 기술이 산업에 적용되면서 큐비트의 범용성은 더욱 중요해지고 있다.

IBM은 지난해 범용 양자컴퓨터 'Q'를 상용화한다고 발표하며, 계산 전용의 제한된 성능이 아니라 제약이나 금융, 보안, 인공지능 등에 널리 활용할 수 있다는 의미를 강조한바 있다.