일단 기업에서 지금 당장 양자 컴퓨팅으로 무엇을 할 수 있는지 알아보자. 양자가 현재 가치를 제공하는 분야와 그 이유를 이해하려면 두 가지 주요 양자 컴퓨팅 모델인 ‘게이트 모델’과 ‘양자 어널링’을 구분해야 한다.
두 가지 접근 방식 모두 큐비트(qubit), 즉 양자의 중첩 특성을 가진 비트에 의존하므로 전통적인 비트의 온/오프 이진 상태가 아닌 1과 0의 조합을 나타낼 수 있다. 이 같은 상태의 중첩, 그리고 얽힘이라는 양자의 역학적 현상은 양자 컴퓨터가 막대한 수의 상태 조합을 한 번에 조작할 수 있게 해준다. 큐비트를 구성하는 기술에는 초전도, 이온 트랩, 포토닉스 등이 포함된다.
게이트 모델에서는 전통적인 컴퓨터의 논리 게이트 대신 양자 게이트가 사용된다. 양자 게이트는 기계 수준에서 적절히 프로그램되면 큐비트를 조작해서 계산 결과를 산출한다. 어널링 모델은 이와 달리 훨씬 더 높은 수준에서 프로그램되어 실제 세계의 최적화 문제를 해결하기 위한 용도로 큐비트를 조작할 수 있다.
두 경우 모두 양자 컴퓨터를 제어하기 위해 전통적인 컴퓨터가 필요하다. 양자 컴퓨팅에 대한 모든 접근 방식에는 상당한 엔지니어링과 QPU(양자 처리 장치)의 세심한 환경 제어가 필요하다. 다행히 게이트 모델과 어널링 양자 컴퓨터 모두 클라우드를 통해 기능을 제공한다. 두 가지 양자 컴퓨팅 시스템 중 기업에 실질적인 가치를 제공하는 측면에서는 양자 어널링이 훨씬 더 앞서 있다.
양자 어널링의 장점
전통적인 컴퓨터는 그동안 매우 강력하고 다재다능해져서, 할 수 없는 일을 상상하기가 어렵다. 하지만 분명 한계는 있다. 수많은 해결 방법 중에 최선의 해결 방법을 선택하는 것은 전통적인 시스템에는 너무 큰 문제라서 현실적인 시간 내에 답을 제공하지 못할 수 있다. 바로 이 부분에서 어널링 양자 컴퓨터가 빛을 발한다.어널링은 특정 유형의 양자 시뮬레이션에서 전통적인 방법보다 300만 배 이상 빠르다는 것을 입증했다. 3D 스핀 클래스라는 전통적인 최적화 문제에서 어널링이 지금의 전통적인 컴퓨터에 비해 더 빠르게 솔루션 품질을 개선하는 것으로 나타났다. 이것이 실제 세계에 의미하는 바는 무엇일까? 한 기업이 이 기술을 사용해서 개발한 양자 하이브리드 애플리케이션은 6,700만 가지의 시나리오를 살펴보고 약 13초 만에 답을 제공했다.
어널링 접근 방식은 양자 물리학 자체에서 파생된다. 기본 원리는 간단하다. 물리적 시스템은 조심해서 다루면 가장 낮은 에너지 구성을 유지하려는 경향이 있다. 이것이 양자 어널링의 기반이다. 즉, 가장 효율적인 배송 경로부터 위험도가 가장 낮은 금융 포트폴리오에 이르기까지, “최저 에너지” 솔루션을 선택하는 최적화 워크로드를 실행하는 패러다임이다.
현재 양자 어널링에서 이런 실제 세계 최적화 문제는 기존 컴퓨팅과 양자 컴퓨팅 역량을 결합하는 하이브리드 방식으로 해결된다. 개발자에게는 좋다. 예를 들어 파이썬으로 애플리케이션을 만들고, 양자 소프트웨어 개발 키트를 사용해서 양자 어널링의 힘을 활용할 수 있다.
개발자는 클라우드를 통해 양자-기존 하이브리드 솔버에 액세스할 때 양자 어널링 시스템을 직접 다룰 필요가 없다. 배후에서 워크로드의 적절한 부분을 어널링 양자 컴퓨터로 이동시키는, 전통적인 컴퓨팅의 프론트 라인에 의존하면 된다. 최적 솔루션 선택은 어널링 양자 컴퓨터가 맡아서 해준다. 어널링 양자 컴퓨터는 전통적인 컴퓨터만 사용하는 경우보다 훨씬 더 빠르게, 더 나은 결과를 산출할 수 있다.
어널링의 또 다른 이점은 오류 교정이다. 양자 어널링에는 오류 교정이 불필요하다. 모든 양자 컴퓨팅은 노이즈에 취약하므로 이 말은 이상하게 들릴 수 있다. 그러나 어널링 양자 컴퓨터에서 노이즈가 발생하는 경우 궁극적으로 양자 상태가 다시 나타날 수 있고 최적 솔루션을 결정하는 프로세스는 완료될 때까지 계속 진행될 수 있다.
개발자나 사용자는 이런 과정에 노출되지 않는다. 개발자나 사용자가 접하는 전통적인 컴퓨터가 이런 복잡성을 처리하기 때문이다. 또한 하이브리드 모델을 통해 양자 컴퓨팅 용량을 확장할 수 있다 해도, 많은 문제 중에서 전통적인 컴퓨터로 처리하는 것이 최선인 문제도 있다. 양자 컴퓨팅의 미래는 하이브리드다. 양자 시스템이 발전함에 따라 해결할 수 있는 문제의 유형도 계속해서 확장될 것이다.
어널링 양자 시스템은 지금 사용할 수 있으며, 최적화 문제 해결에 있어 앞으로도 계속 최선의 방법이 될 가능성이 높다. 최적화는 민간 및 공공 부문의 광범위한 문제에 걸쳐 있다.
양자 미래로 가는 게이트
언젠가 양자 컴퓨터가 전통적인 이진 컴퓨터를 대체한다는 이야기를 들어봤을 것이다. 이 예측의 기원은 게이트 모델 양자 컴퓨터다. 어쨌든 본래의 개념은 일반적인 비트를 큐비트로, 일반적인 게이트를 양자 게이트로 대체한다는 것이다. 이 새로운 플랫폼에 맞게 애플리케이션을 만들기만 하면 새로운 세계가 열린다는 이야기다.그러나 이 개념에는 개발자가 짊어져야 하는 무거운 부담을 포함한 몇 가지 문제가 있다. 게이트 모델용으로 설계된 소프트웨어 개발 키트를 사용하려면 개발자가 QPU를 위한, 기존으로 치면 일종의 어셈블러를 배워야 하는데, 여기에는 상당한 고급 수학이 포함된다. 핵심은 게이트 모델 양자 컴퓨터용으로 만들 수 있는 알고리즘을 완전히 이해하기 위해서는 개발자가 양자물리학에 대한 상당한 실무 지식을 갖추고 완전히 새로운 컴퓨팅 언어를 배워야 한다는 것이다.
게다가 게이트 모델 시스템은 오류로 인해 실제 세계 문제를 해결할 정도로 오랫동안 양자 상태를 유지할 수 없다. 이런 이유로, 현재 게이트 모델 양자 컴퓨터는 업계보다는 주로 학계에서 사용된다. 이들은 양자 화학, 유체 흐름 역학을 위한 미분 방정식을 비롯해 전통적인 컴퓨터로는 한계가 있는 영역의 실험에 게이트 모델 양자를 사용하고 있다. 이와 같이 경쟁이 치열한 연구 영역에서는 미래에 초점을 두고 전문적인 양자 개발자를 훈련시키고 채용하는 데 시간과 돈을 투자할 가치가 있을 것이다.
기업은 게이트 모델 양자 컴퓨팅이 아직 초기 단계이며, 게이트 모델 시스템은 최적화 문제 해결에 있어 어널링 시스템을 영원히 능가하지 못할 수 있음을 인지해야 한다. 게이트 모델 양자 컴퓨터는 어널링 양자 컴퓨터와 달리 양자 컴퓨팅의 가장 큰 엔지니어링 과제인 오류 교정이 필요하다. 게이트 모델에서는 정보가 양자 상태로 저장된다. 이 상태가 붕괴되면 양자 시스템은 오류를 교정하고 그 전 상태로 롤백할 수 있어야 한다. 그러나 대규모로 이를 수행할 수 있는 역량에는 아직 이르지 못했다.
바로 이런 이유로 일부 게이트 모델 시스템은 오류 교정을 포기했고, 그래서 ‘노이즈가 있는 중간 규모 양자(Noisy Intermediate Scale Quantum, NISQ) 컴퓨터’로 불린다. NISQ 컴퓨터로 상용 애플리케이션을 지원할 수 있음을 보여주는 증거는 없다. D-웨이브(D-Wave)는 안정적인 오류 교정을 갖춘 게이트 모델 양자 컴퓨터가 나오려면 최소 7년은 지나야 할 것으로 예측했다.
컴퓨팅 패러다임의 파트너십
양자 컴퓨팅이 전통적인 컴퓨팅을 대체한다는 말은 과장되고 틀린 말이다. 양자 컴퓨팅과 전통적인 컴퓨팅은 당분간은 함께 작동할 것이다. 동시에, 양자가 실험실에 갇혀 있다는 인식 역시 현재 어널링 양자 컴퓨터가 제공하고 있는 가치를 인지하지 못한 생각이다.일각에서는 어널링 양자 컴퓨터가 최적화 애플리케이션에 ‘제한된다’고 말한다. 그러나 기업에서 리소스 투자에 대해 가능한 최선의 이익을 얻는 것보다 더 시급한 사안이 있을까? D-웨이브는 현재 금융 포트폴리오 관리, 단백질 설계 문제, 교통 흐름 설계, 고객 제안 할당, 공항 또는 병원 인력 일정 계획, 미사일 방어, 전력망 복원성, 우주 탐사를 비롯한 많은 영역에서 이를 확인하고 있다.
2020년대 말, 또는 2030년대 초가 되면 게이트 모델 양자 컴퓨팅의 오류 교정과 프로그래밍 난관이 해결돼 더욱 광범위한 응용의 문이 열릴 수 있다. 그러나 그때까지 기다릴 필요는 없다. 점점 더 많은 기업이 실용적인 최적화 혜택뿐만 아니라 양자 영역에서의 귀중한 경험까지 양자 어널링이 지금 제공하는 가치를 발견하고 있다.
오늘날의 양자 어널링 시스템으로 뒷받침되는, 양자와 전통의 하이브리드 기술이 주는 혜택은 거의 모든 기업이 지금 바로 얻을 수 있다. 또한 이와 동시에 필연적으로 도래할 양자 미래에 대비할 수도 있다.
*Murray Thom은 D-웨이브의 양자 비즈니스 혁신 부문 VP다.
editor@itworld.co.kr
함께 보면 좋은 콘텐츠
Sponsored
Surfshark
“유료 VPN, 분명한 가치 있다” VPN 선택 가이드
ⓒ Surfshark VPN(가상 사설 네트워크, Virtual Private Network)은 인터넷 사용자에게 개인 정보 보호와 보안을 제공하는 중요한 도구로 널리 인정받고 있다. VPN은 공공 와이파이 환경에서도 데이터를 안전하게 전송할 수 있고, 개인 정보를 보호하는 데 도움을 준다. VPN 서비스의 수요가 증가하는 것도 같은 이유에서다. 동시에 유료와 무료 중 어떤 VPN을 선택해야 할지 많은 관심을 가지고 살펴보는 사용자가 많다. 가장 먼저 사용자의 관심을 끄는 것은 별도의 예산 부담이 없는 무료 VPN이지만, 그만큼의 한계도 있다. 무료 VPN, 정말 괜찮을까? 무료 VPN 서비스는 편리하고 경제적 부담도 없지만 고려할 점이 아예 없는 것은 아니다. 보안 우려 대부분의 무료 VPN 서비스는 유료 서비스에 비해 보안 수준이 낮을 수 있다. 일부 무료 VPN은 사용자 데이터를 수집해 광고주나 서드파티 업체에 판매하는 경우도 있다. 이러한 상황에서 개인 정보가 유출될 우려가 있다. 속도와 대역폭 제한 무료 VPN 서비스는 종종 속도와 대역폭에 제한을 생긴다. 따라서 사용자는 느린 인터넷 속도를 경험할 수 있으며, 높은 대역폭이 필요한 작업을 수행하는 데 제약을 받을 수 있다. 서비스 제한 무료 VPN 서비스는 종종 서버 위치가 적거나 특정 서비스 또는 웹사이트에 액세스하지 못하는 경우가 생긴다. 또한 사용자 수가 늘어나 서버 부하가 증가하면 서비스의 안정성이 저하될 수 있다. 광고 및 추적 위험 일부 무료 VPN은 광고를 삽입하거나 사용자의 온라인 활동을 추적하여 광고주에게 판매할 수 있다. 이 경우 사용자가 광고를 보아야 하거나 개인 정보를 노출해야 할 수도 있다. 제한된 기능 무료 VPN은 유료 버전에 비해 기능이 제한될 수 있다. 예를 들어, 특정 프로토콜이나 고급 보안 기능을 지원하지 않는 경우가 그렇다. 유료 VPN의 필요성 최근 유행하는 로맨스 스캠은 인터넷 사기의 일종으로, 온라인 데이트나 소셜 미디어를 통해 가짜 프로필을 만들어 상대를 속이는 행위다. 이러한 상황에서 VPN은 사용자가 안전한 연결을 유지하고 사기 행위를 방지하는 데 도움이 된다. VPN을 통해 사용자는 상대방의 신원을 확인하고 의심스러운 활동을 감지할 수 있다. 서프샤크 VPN은 구독 요금제 가입 후 7일간의 무료 체험을 제공하고 있다. ⓒ Surfshark 그 외에도 유료 VPN만의 강점을 적극 이용해야 하는 이유는 다음 3가지로 요약할 수 있다. 보안 강화 해외 여행객이 증가함에 따라 공공 와이파이를 사용하는 경우가 늘어나고 있다. 그러나 공공 와이파이는 보안이 취약해 개인 정보를 노출할 위험이 있다. 따라서 VPN을 사용하여 데이터를 암호화하고 개인 정보를 보호하는 것이 중요하다. 서프샤크 VPN은 사용자의 개인 정보를 안전하게 유지하고 해킹을 방지하는 데 유용하다. 개인정보 보호 인터넷 사용자의 검색 기록과 콘텐츠 소비 패턴은 플랫폼에 의해 추적될 수 있다. VPN을 사용하면 사용자의 IP 주소와 로그를 숨길 수 있으며, 개인 정보를 보호할 수 있다. 또한 VPN은 사용자의 위치를 숨기고 인터넷 활동을 익명으로 유지하는 데 도움이 된다. 지역 제한 해제 해외 여행 중에도 한국에서 송금이 필요한 경우가 생길 수 있다. 그러나 IP가 해외 주소이므로 은행 앱에 접근하는 것이 제한될 수 있다. VPN을 사용하면 지역 제한을 해제해 해외에서도 한국 인터넷 서비스를 이용할 수 있다. 따라서 해외에서도 안전하고 편리하게 인터넷을 이용할 수 있다. 빠르고 안전한 유료 VPN, 서프샤크 VPN ⓒ Surfshark 뛰어난 보안 서프샤크 VPN은 강력한 암호화 기술을 사용하여 사용자의 인터넷 연결을 안전하게 보호한다. 이는 사용자의 개인 정보와 데이터를 보호하고 외부 공격으로부터 사용자를 보호하는 데 도움이 된다. 다양한 서버 위치 서프샤크 VPN은 전 세계 곳곳에 여러 서버가 위치하고 있어, 사용자가 지역 제한된 콘텐츠에 액세스할 수 있다. 해외에서도 로컬 콘텐츠에 손쉽게 접근할 수 있음은 물론이다. 속도와 대역폭 서프샤크 VPN은 빠른 속도와 무제한 대역폭을 제공하여 사용자가 원활한 인터넷 경험을 누릴 수 있도록 지원한다. 온라인 게임, 스트리밍, 다운로드 등 대역폭이 필요한 활동에 이상적이다. 다양한 플랫폼 지원 서프샤크 VPN은 다양한 플랫폼 및 디바이스에서 사용할 수 있다. 윈도우, 맥OS, iOS, 안드로이드 등 다양한 운영체제 및 디바이스에서 호환되어 사용자가 어디서나 안전한 인터넷을 즐길 수 있다. 디바이스 무제한 연결 서프샤크 VPN은 무제한 연결을 제공하여 사용자가 필요할 때 언제든지 디바이스의 갯수에 상관없이 VPN을 사용할 수 있다.