이원영 기자
0 혹은 1 상태 밖에 취할 수 없는 비트가 아니라 0과 1 양쪽 상태를 취할 수 있는 양자비트를 이용해 계산을 실시하는 양자컴퓨터는 비트를 이용하는 기존 컴퓨터보다 지수적으로 협력해 비트로는 할 수 없는 계산을 할 수 있다. 이 양자컴퓨터 개발은 어디까지 진행되고 있을까.
양자컴퓨터는 기존 컴퓨터에선 실현 불가능한 대규모 계산을 할 것으로 기대되고 있지만 하드웨어와 소프트웨어, 프로그래밍 언어까지 모두 다시 개발해야 하는 과제가 있다. 본격적인 양자컴퓨터가 실현되면 현재 암호화 프로토콜이 해독되어 인터넷은 실질적으로 파괴되게 된다. 금융 거래나 일반 문자 메시지 플랫폼 등 대부분 온라인 통신이 기존 컴퓨터에선 해독에 수백만 년이 걸리는 암호키로 보호되고 있지만 양자컴퓨터가 동작하면 아마 하루도 걸리지 않고 해독될 것으로 보인다. 이 가운데 찾아올 양자컴퓨터에 의한 혁신의 날은 Y2Q로 표현된다.
양자컴퓨터 개발 경쟁에는 몇 년이라는 시일과 방대한 자금이 들지만 현재 양자컴퓨터는 거의 기능하지 않고 기술 혁신에 비해 먼 상태라고 할 수 있다. 인텔이나 IBM, 마이크로소프트, 아마존 등 기술 기업이 양자컴퓨터 제조 개발에 나서고 있다.
양자컴퓨터의 양자비트는 정밀한 제어가 필요하지만 실현하기는 여전히 어렵다. 하지만 오는 Y2Q를 앞두고 기존 시스템을 보호하는 프로토콜은 한 번 해체하고 교체해야 한다. 미국 정부는 양자적 내성을 가진 새로운 암호화 표준을 향해 움직이기 시작했다고 발표하고 있지만 구현에는 10년 이상이 걸리고 수십 조 원대 규모 비용이 들 것으로 예상되고 있다.
Y2Q를 예측해 스파이 기관은 기존 암호화된 데이터를 읽으려 한다. 바이든 정권이 내거는 암호 기술 업그레이드 기한은 2035년이지만 기본적인 양자컴퓨터는 이르면 2029년에 등장할 전망이어서 시급한 대책이 요구되고 있다.
구글은 미국 캘리포니아주 산타바바라에 연구소를 두고 아마존은 캘리포니아공대 캠퍼스 내에 연구소를 개설하겠다고 발표했다. 기술 기업 뿐 아니라 많은 새로운 기업이 양자컴퓨터를 만들려고 시도하고 있으며 보도에 따르면 600개 이상 기업이 양자컴퓨터 분야에 진입하고 있다고 한다. 전 세계 300억 달러가 양자 기술 개발에 투자되고 있지만 이들 대부분은 투기적인 것이라고 한다.
가장 낙관적인 전문가도 양자 컴퓨팅이 앞으로 5년간 의미 있는 이익을 얻지 못한다고 보고 있으며 비관론자는 10년 이상 걸릴 수 있다고 경고한다. 이익을 얻으려는 기업, 암호 해독을 우선하는 국가 의혹 등이 있는 가운데 구글 전 양자컴퓨팅 책임자는 고품질 양자비트를 만든다는 점에서 중국이 이 시장을 이끌게 될지 모른다고 지적한다. 중국과학기술대학 연구팀(Lu Chao-Yang)은 자신의 프로세서가 최고 슈퍼컴퓨터보다 수백만 배 빠르게 계산 과제를 해결했다는 논문을 사이언스에 게재했지만 당시 그는 중국이 최고 양자비트를 만들고 있다는 주장에는 이의를 제기하고 실제로는 구글이 주도하고 있다고 말한 바 있다.
구글 양자컴퓨팅연구소 측 관계자는 2023년 중에는 미국에서 완전히 내결함성이 있는 양자비트를 처음 만들 수 있을 것으로 본다고 말하기도 했다. 이를 통해 컴퓨팅 규모를 확대해나갈 계획이라는 것. 양자컴퓨터 처리 능력은 암호 해독이나 기후변화, 식량 부족 문제에 대처하는 새로운 공업용 화학물질 개발에도 박차를 가할 가능성이 있지만 우선은 양자컴퓨터를 동작시키는 게 과제다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.
정용환 기자
