양자컴퓨터는 양자 역학 원리를 활용한 컴퓨터로 기존 컴퓨터에 비해 빠른 속도와 정확성을 자랑하기 때문에 다양한 분야(인공지능, 신소재 개발, 암호 해독 등)에서 활용되고, 우리의 미래를 한 단계 이끌어줄 기술입니다.
오늘은 양자컴퓨터 원리 및 활용 분야, 대표 기업 순위등을 알려드리겠습니다.
양자컴퓨터 원리
양자컴퓨터가 무엇인지 확인을 하기 위해서는 기존 컴퓨터에 대해 알아야 합니다.
기존 컴퓨터와 양자컴퓨터의 차이 및 작동원리를 알기 쉽게 설명해 드리겠습니다.
기존 컴퓨터 작동 원리
기존 컴퓨터는 정보 단위가 0과 1로 표현이 되는 비트를 사용을 하고 순차적으로 계산을 하기 때문에 특정 문제점이 발견이 되면 해결을 못하는 한계가 있습니다.
- 정보 단위 : 비트
- 계산 방식 : 순차적
- 연산 능력 : 특정 문제점에 한계가 있음
- 알고리즘 : 기존 알고리즘
양자컴퓨터 작동 원리
양자컴퓨터는 양자 역학의 개념을 적용한 큐비트라는 정보 단위를 사용합니다.
큐비트는 0과 1을 동시에 사용할 수 있는 정보 단위로 병렬 계산 방식으로 진행을 하기 때문에 기존 컴퓨터에서 해결하지 못하는 문제점을 해결할 수 있는 계산 능력을 가지고 있습니다.
또한 양자컴퓨터는 큐비트 상태를 조절을 하는 다양한 양자게이트(NOT, Hadamard, CNOT 등)가 있어 이를 적절하게 조합하여 원하는 계산 결과를 얻을 수 있습니다.
양자컴퓨터와 기존 컴퓨터와 다른 점을 하나 더 뽑자면 알고리즘입니다.
양자컴퓨터는 기존 알고리즘보다 더욱 빠른 속도를 자랑하는 양자 알고리즘을 사용하고 있어 문제점 해결에 탁월한 능력을 보여줍니다.
간단하게 정리하자면 아래와 같습니다.
- 정보 단위 : 양자 역학의 개념을 적용한 큐비트 사용
- 계산 방식 : 병렬 계산으로 큐비트들이 다양하게 얽혀 있어 문제 해결에 탁월한 능력이 있음
- 연산 능력 : 기존 컴퓨터로 한계가 있는 문제점을 획기적으로 해결함
- 알고리즘 : 양자 알고리즘을 사용하여 문제점을 빠른 속도로 해결함
주요 특징
양자컴퓨터의 가장 큰 특징은 문제를 엄청난 속도와 정확하게 해결을 한다는 점입니다.
이러한 특징으로 인공지능 및 암호 해독, 신소재 개발, 신약 개발 등 다양한 분야에 활용이 되고 있습니다.
- 빠른 연산 능력 : 양자컴퓨터는 기존 컴퓨터와 다르게 양자 역학 개념을 적용한 큐비트를 사용하고 병렬 계산 및 양자 알고리즘을 사용하여 기존 컴퓨터에 비해 엄청 빠른 속도로 계산을 수행하고, 문제점을 해결합니다.
- 높은 정확성 : 양자 역학 원리를 사용하여 계산을 하게 되면 매우 높은 정확성을 획득할 수 있습니다. 이러한 정확성은 다양한 분야에 활용이 되지만 특히 정확성이 정말 중요하게 요하는 분야인 암호 해독이나 신약 개발 등에서 특히 많이 사용을 합니다.
- 다양한 알고리즘 개발 : 아직 양자컴퓨터 기술은 초기 단계로 많은 성장이 필요합니다. 그에 따라 다양한 알리고즘을 개발을 하고 있고 있습니다.
해결 문제점
- 큐비트 안정성 확보 : 양자컴퓨터의 정보 단위는 큐비트로 양자컴퓨터의 기반입니다. 만약 큐비트의 안전성을 확보를 못하면 정확한 계산을 할 수 없기 때문에 정보 단위인 큐비트를 외부 환경에서 안전하게 보호를 해야 하고, 오류를 수정할 수 있는 양자 오류 수정 코드를 개발해야 합니다.
- 양자 게이트 조작 정밀도 향상 : 큐비트 상태를 조절하는 양자 게이트는 계산에 필수적인 기술입니다. 양자 게이트 조작 정밀도가 낮으면 계산 오류가 발생을 하여 잘못된 정보를 정보를 얻을 수 있기 때문에 정밀한 양자 게이트 조작 기술이 필요하며 양자 게이트 조작 오류를 줄일 수 있는 제어 기술 개발도 필요합니다.
- 양자 알고리즘 개발 : 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터에 비해 빠르고 정확한 특징을 가지고 있지만 계속 생기는 모든 문제점을 다 해결을 할 수 없습니다. 그렇다 보니 다양한 문제점 해결에 맞는 다양한 양자 알고리즘을 개발해야 합니다.
- 양자 시스템 구축 : 양자컴퓨터를 구성하고 있는 것은 여러 개의 큐비트와 양자 게이트입니다. 하지만 아직 초기단계로 대규모 양자 컴퓨터 시스템 구축을 하지 못한 상태입니다. 이를 해결하기 위해서는 양자컴퓨터 하드웨어 및 소프트 웨어를 개발을 하여 탄탄한 양자 시스템을 구축해야 합니다.
- 높은 비용 : 신기술에 가장 큰 단점은 비용과 시간입니다. 아직 양자컴퓨터는 발전 초기 단계로 매우 높은 비용이 소요되고 있습니다. 미래 컴퓨팅이 발전을 하기 위해서는 비용 절감은 필수적이기 때문에 앞으로 정부 및 기업의 투자를 확대되어야 하고, 양자컴퓨터의 기술이 발전해야 합니다.
양자컴퓨터 활용 분야
양자컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 빠른 속도와 정확성을 자랑하기 때문에 정말 다양하게 활용되고 있습니다.
활용 분야를 간단히 설명해 드리겠습니다.
- 인공지능 : 4차 산업 혁명의 핵심 기술인 인공지능은 기존 정보를 학습을 기반으로 하기 때문에 기존 컴퓨터의 기술로는 한계가 있습니다. 이를 양자컴퓨터의 빠른 속도와 정확성으로 학습 능력과 시간을 단축시킬 수 있어 자율 주행 및 금융 시장분석 등 다양한 인공지능 분야에서 활용을 할 수 있습니다.
- 암호 해독 : 현재는 정보화 사회입니다. 그렇다 보니 블록체인 및 국가 안보, 금융 등 다양한 분야에 암호를 사용을 하고 있고, 해결을 해야 하는 문제점이 많이 발생하고 있습니다. 하지만 기존 컴퓨터의 능력으로는 해결하는데 한계가 있어 양자컴퓨터를 활용되고 있습니다.
- 신소재 및 신약 개발 : 신소재 및 신약에도 양자컴퓨터가 활용되어 신약 개발 기간을 단축시키고 새로운 기능을 가진 소재 개발 및 기존 소재 성능 개선에 사용되고 있습니다.
- 이외에도 금융 및 과학, 에너지 개발 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.
양자컴퓨터 대표 기업 순위
1위 : IBM
IBM은 컴퓨터 사업을 1950년부터 시작한 기업으로 양자컴퓨팅 분야를 가장 오래 연구하였습니다.
또한 양자컴퓨터의 정보 단위인 큐비트 칩을 127개를 개발을 하였고, 양자 소프트웨어 개발 플랫폼 “Qiskit” 제공하고 있습니다.
또한 170개 이상의 파트너십이 구성이 되어 있고, 양자컴퓨터에 20억 달러 이상의 투자를 하고 있습니다.
2위 : 구글
구글은 양자컴퓨팅 분야에 적극 투자하는 기업으로 현재 큐비트 칩을 72개 이상 개발 완료 하였고, 10억 달러 이상을 투자하고 있습니다.
또한 Rigetti Computing, NASA 등과 파트너십을 체결하고, 양자 소프트웨어 개발 플랫폼”Cirq”을 제공하고 있습니다.
3위 : Rigetti Computing
Rigetti Computing은 2010년대에 설립된 신생 기업이지만 양자컴퓨터 기술에 3억 달러 이상을 투자를 하고 있고, 현재 큐비트 칩을 36개 이상 개발 완료를 하였습니다.
또한 구글과 NASA 등과 파트너십을 체결을 하고 있고, 양자 소프트웨어 개발 플랫폼 “Forest”을 제공하고 있습니다.
결론
양자컴퓨터는 미래 컴퓨팅을 한 단계 끌어올릴 혁신적인 기술입니다.
물론 아직 초기 단계로 더욱 발전에 해야 하지만 지금 단계에서도 다양한 분야에서 활용을 할 정도로 뛰어난 기술입니다.
양자컴퓨터는 우리 미래를 크게 변화를 해주는 기술인 만큼 반드시 알아야 할 IT 기술입니다.
감사합니다.