컴퓨터의 진화 양자컴퓨터

2017년 1월 세계경제포럼에서 4차혁명이라는 단어가 등장합니다.

4차혁명은 3차혁명의 기술의 연장뿐만이 아니라 융합을 의미합니다. 자연, 물리, 의료, 과학등 기술의 융합은 미래공상과학영화에서 등장하는 많은 가상 기술들이 현실로 선보이게 됩니다. 대표적인 기술들로 인공지능을 대표하는 로봇기술, 가상현실기술, 증강현실기술, 빅데이터, 무인자동차, 드론 등 과거처럼 하나의 기술로 연구 발전하는 것이 아닌 여러 기술들의 융합으로 발전하게 된것입니다.

위 기술들의 대표적인 발전은 컴퓨터의 시작이 아닐까 하는데 컴퓨터의 최고봉은 초고속 연산능력이 뛰어난 슈퍼컴퓨터가 아닐까 합니다.

'슈퍼컴퓨터' 용어는 많이 들어봤는데 슈퍼컴퓨터가 정확히 어떤것일까요? 슈퍼컴퓨터는 다른 컴퓨터와 다른 특별한 다른 컴퓨터가 아닙니다. 단지 그 시대 컴퓨터의 평균보다 월등한 용량와 처리속도를 갖고 있는 컴퓨터를 의미하며 현재 전세계 슈퍼컴퓨터의 보유는 미국을 제치고 중국이 차지하고 있습니다.

컴퓨터의 발전도 꾸준히 발전하고 있는 상황에서 현재 전세계적으로 엑사급 슈퍼컴퓨터를 개발 보유하는데 혈한이 되어있습니다.

엑사급 슈퍼컴퓨터라고 하는 것은 10페타바이트메모리(10¹⁵)에 1엑사바이트 디스크  (10¹⁸⁾ 을 장착으로 1초에 100경을 계산능력을 보유하는 컴퓨터입니다.

무어의 법칙이라고 아시는지요?  무어의 법칙은 2년을 주기로 컴퓨터의 기본이 되는 칩의 집적도가 2배씩 증가한다는 법칙입니다. 과거의 무어의 법칙의 한계에 도달함으로서 컴퓨터는 성장의 단계에서 새로운 진화를 시도했습니다.

즉 무어의 법칙을 넘어서는 새로운 방식의 컴퓨터를 만들어 내는 것인데 양자컴퓨터라고 불리운다. 기존의 컴퓨터역시 계속적인 속도와 용량의 증가는 있었지만 양자컴퓨터는 속도 증가 이상의 새로운 것이 있다.

양자컴퓨터가 이번에 새롭게 등장한 용어는 물론 아니다. 양자컴퓨터는 1982년 노벨물리학상 수상자(1965년)인 리처드 파인만에 의하여 기존 컴퓨터에 양자시스템을 대입해보자라는 개념이 생성되었고 1985년 도이치라는 사람도 양자컴퓨터로 수행가능한 알고리즘을 제안하게 된다. 이후 미국의 응용수학교수인 피터 쇼어에 의해 양자 알고리즘인 Shor의 알고리즘을 고안 작업하며 1999년 괴델상을 타게 됩니다.

2011년 5월 캐나다의 회사인 D-WAVE가 양자컴퓨터의 개발에 성공하였다고 밝혔지만 아직까지 최초의 양자컴퓨터에 대한 논란은 있습니다. 현재는 구글, IBM, 마이크로스프트등 글로벌 정보기술 기업들이 막대한 자금을 바탕으로 상용화를 위한 연구개발중입니다.

기존의 컴퓨터와 양자컴퓨터는 어떤부분에서 차이가 있어 이 많은 회사들이 개발에 몰두하고 있을까요? 기존의 컴퓨터가 0과 1을 계산의 기본단위로 삼는 비트(Bit)를 사용한다면 양자컴퓨터는 양자역학을 응용 신호를 전하는 방식에서 확률을 사용 0과 1의 중간 단계가 존재하며  00,01,10,11 4가지를 기본단위로 삼는 큐빗을 기본단위로 합니다.

즉 큐빗의 활용 비트로 계산하는 컴퓨터의 연산능력을 획기적으로 증가시킬수 있다는 것이다. 구글은 2016년 9큐빗의 양자컴퓨터 를 공개 시연하였고 IBM은 5큐빗의 양자컴퓨터에서 50큐빗까지 개발 공개한 것이라고 알렸습니다.

아직 정확히 양자컴퓨터의 상용화는 언제가 될것이라고 얘기하기는 어렵지만 양자컴퓨터가 상용화되면서 슈퍼컴퓨터의 자리는 양자컴퓨터에게 넘어갈 것이다.

과학의 발전은 흔히 영화에서 먼저 보여지는 경우가 많은데 영화 트랜스포머를 보면 자동차가 로봇으로 변신하는 로봇 기술, 인공지능등 다양한 기술이 나온다. 이중 트랜스포머의 영화에서 작은 로봇이 컴퓨터의 암호를 해독하고 해킹하는 장명이 나오며 이것을 알아챈  연구기술원이 이것은 양자컴퓨터가 아니면 불가능하다는 얘기를 합니다.

<트렌스포머에 나오는 로봇인 프렌지 가전제품에서 해킹 전문 로봇으로 변신한다.> 

또한 양자컴퓨터가 상용화되면 비트 단위로 약 1000년의 시간이 걸리는 어려운 암호화 시스템도 단 몇분만에 해결될정도로 암호해독분양의 변화가 예상 즉 현재의 컴퓨터보다 1억배정도 빠르다고 알려져있다. 

 또한 다양한 확률을 빠른시간에 계산해야하는 인공지능분양의 획기적 발전도 예상된다. 인공지능의 발전은 가상현실, 증강현실, 무인자동차등 여러분야에 영향을 끼치게 되며 이것은 인공지능의 대표적인 기업인 구글이 양자컴퓨터 상용화에 뛰어는 것도 당연하다. 

2017년을 장식할 10대 혁신기술로 양자컴퓨터 상용화가 나오는 것을 보면 미래의 컴퓨터는 비트를 사용하는 기존 컴퓨터에서 큐빗을 사용하는 양자컴퓨터로 변화가 확실해 보인다.