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슈퍼컴퓨터보다 우월하다고? 양자컴퓨터의 세계

KISTI 과학향기 제1845호   2020년 11월 23일
자막
#2
안녕하세요. 향기로운 과학 지식을 전달하는 KISTI의 과학향기입니다.

최근 구글이 ‘시커모어’라는 양자컴퓨터 칩으로 만든 양자컴퓨터와

슈퍼컴퓨터의 계산 능력을 시험했습니다.

#3
구글은 일정한 규칙이 없는 수열인 난수를 제시하고

양자컴퓨터와 슈퍼컴퓨터가 해당 수가 정말 난수인지 증명하게 했습니다.

증명에는 아주 복잡하고 방대한 계산이 필요했어요.

#4
결과는 놀라웠습니다.

구글은 양자컴퓨터가 단 3분 20초 만에 계산을 해냈다고 발표했습니다.

또한 이는 기존의 슈퍼컴퓨터로는 1만 년이 걸리는 것이라고 주장했죠.

구글은 이를 ‘양자 우월성’이라고 말했습니다.

#5
구글의 이 같은 발표는 격렬한 논쟁을 불러일으켰습니다.

어떤 학자는 그 양자컴퓨터가 특수한 계산만 할 수 있다고 반박했고

또 어떤 학자는 구글이 제시한 난수 계산은 슈퍼컴퓨터로도 2.5일이면 충분하다고

주장했습니다.

#6
이렇게 화제의 중심에 선 양자컴퓨터란 도대체 무엇일까요?

먼저 양자부터 알아봅시다

양자란 아주 단순히 말해 길이나 에너지 같은 물리량이 연속적인 값을 취하지 않고 점이나

다발 형태로 뚝뚝 끊어진 양으로 존재하는 것을 가리킵니다.

원자나 전자 세계에서 물리량은 이런 특성을 띠는데요, 그래서 양자역학은

불연속적인 양이 있는 곳에서는 어떤 운동이 일어나는지 연구하는 학문입니다.

#7
양자역학의 세계에서는 우리가 사는 거시 세계와는 전혀 다른 현상이 일어납니다.

양자컴퓨터는 관측하기 전까지는 어떤 값을 지니고 있는지 특정할 수 없다는 ‘중첩성’을 이용합니다.

쉽게 말해 디지털 컴퓨터처럼 0이나 1 중에 하나의 값을 가지는 게 아니라 0과 1이 동시에 존재하는 것입니다.

#8
이를 디지털의 정보 단위인 ‘비트’와 구별해 ‘큐비트’라 부릅니다.

양자컴퓨터는 이 큐비트가 서로 관련성을 지니도록 여러 개 묶습니다.

큐비트가 모이면 막대한 정보를 한꺼번에 병렬로 처리할 수 있죠.

#9
기존의 비트로는 00, 01, 10, 11의 네 값 중에 하나만 처리할 수 있었다면,

2개의 큐비트로는 이 네 개를 동시에 처리할 수 있는 것입니다.

현재 큐비트를 만드는 방식에는 원자를 이온으로 변환한 뒤 자기장으로 가두는 이온 트랩이 있고,

다이아몬드의 틈새를 이용해 양자 정보를 제어하는 방식, 초전도체나 반도체 양자점을 이용하
는 방식도 있습니다.

#10
양자컴퓨터에 활용하는 양자 현상은 양자 암호에도 적용할 수 있습니다.

양자 세계에서는 관측하는 순간 양자 상태에 변화가 생기고 값이 결정됩니다.
바로 이런 특성을 이용하면 발신자와 수신자가 암호화된 정보를 주고 받을 때 누군가

개입하면 이를 즉각 감지할 수 있습니다.

이렇게 송수신자가 비밀키를 나눠 갖는 것을 ‘양자 키분배’라 하며 양자 키분배를 이용한 것

이 ‘양자암호통신’입니다.

#11
정보통신의 시대에 양자 현상을 이용한 보안은 아주 중요한 기술입니다.

이에 KISTI는 양자암호통신을 중점으로 연구하며 최초로 국가용 양자암호 시험통신망을 구축해

관리하고 있습니다.

국가와 시민의 안전을 위한 사이버 보안의 큰 발걸음을 내디딘 것입니다.

#12
아직 양자 현상과 그것을 응용하는 기술에는 더 많은 연구와 시험이 필요합니다.

그 과정에서 아주 작은 세계에 대한 인류의 지식은 더욱 깊어질 것입니다.

KISTI의 과학향기에는 흥미로운 양자에 관한 지식이 가득합니다.

KISTI의 과학향기 홈페이지(http://scent.kisti.re.kr)로 오세요!
기사
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번역자: KISTI
영상: KISTI
출처: https://www.youtube.com/watch?v=7z6WflxSEg4&feature=youtu.be
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