‘양자우위’ 도달 위한 양자컴퓨터 프로세서 개발 경쟁
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‘양자우위’ 도달 위한 양자컴퓨터 프로세서 개발 경쟁
  • 김경한 기자
  • 승인 2019.11.26 09:00
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IBM, 구글, MS 등 상용화에 도전하는 기업들

[테크월드=김경한 기자] 양자컴퓨터의 개념을 처음 도입한 사람은 리차드 파인만이다. 그는 1981년 비트(bit)가 아닌 양자(Qauntum)의 특성을 이용하면 컴퓨터의 연산 속도를 향상시키고 에너지 소비를 감소시킬 수 있다는 생각에서 양자컴퓨터 개발을 제안했다. 하지만 양자컴퓨터는 안정적 상태를 유지하기 위해선 -273℃의 극저온에서 외부와 완전히 차단된 상태로 보관돼야 할 정도로 까다로운 관리조건이 필요하다. 그럼에도 불구하고 글로벌 기업들은 디지털컴퓨터의 성능을 능가하는 양자컴퓨터를 개발하기 위해 연구개발에 박차를 가하고 있다. 

* 출처: 구글 유튜브
* 출처: 구글 유튜브

미국의 물리학자 존 프레스킬 캘리포니아공대 교수는 50큐비트의 양자컴퓨터가 등장하면 기존 디지털 컴퓨터의의 성능을 앞지르는 ‘양자 우위(Quantum supremacy)’를 달성할 것이라고 주장했다. 존 프레스킬 교수의 주장을 계기로, 양자컴퓨터 개발자들에게 50큐비트는 양자컴퓨터 상용화를 위한 하나의 기준이 되고 있다. 

 

양자컴퓨터의 상용화를 위한 발걸음
양자컴퓨터를 가장 먼저 상용화한 업체는 캐나다의 디웨이브(D-Wave)다. 디웨이브는 2011년 5월 128큐비트의 양자컴퓨터 ‘디웨이브 1’를 발표했다. 하지만 당시 디웨이브 1은 일반적인 프로그램을 사용하는 범용 제품이 아니라 최적화 분야에만 한정적으로 사용할 수 있는 제품이기 때문에, 진정한 의미의 양자컴퓨터라고 볼 수 없다는 의견도 있었다. 

평가야 어떻든 디웨이브는 지속적으로 양자컴퓨터의 성능을 향상시키고 있으며, 지난 2017년 7월에는 2000큐비트 프로세서를 장착한 ‘디웨이브 2000Q’를 발표했다. 

IBM Q System One
IBM Q System One

IBM은 지난 1월 7일부터 10일까지 미국 라스베이거스에서 열린 ‘CES 2019’에서 상용화를 목적으로 한 양자컴퓨터 ’큐 시스템 원(Q System One)’을 공개했다. ‘큐 시스템 원’은 두께 1.3cm(0.5인치)의 붕규산 유리 재질의 케이스에 덮여 있으며, 높이 270cm(9피트), 길이 270cm(9피트)의 크기이다. 내부에는 수천 개의 고정밀 부품을 탑재했으며, 시스템 업그레이드나 유지보수 시에 열어볼 수 있도록 설계됐다. 그 외 저온 유지 장치와 제어 전자장치를 갖췄으며, 잠재적인 진동 간섭에 영향을 받지 않는다. 하지만 큐 시스템 원의 프로세서는 20큐비트에 지나지 않는다. 

이로 인해 일각에서는 아직까지 IBM의 ‘큐 시스템 원’이 아직까지 상용화와는 거리가 멀다고 주장한다. 프레스킬 교수가 언급했듯이 ‘양자 우위’를 달성하기 위해서는 50큐비트의 프로세서가 필요하기 때문이다. IBM은 가까운 시일 내에 53큐비트의 양자컴퓨터를 공개할 예정이라고 밝혔다. 

 

1만 년 걸릴 연산을 200초 만에 풀다
구글은 양자 우위 달성에 가장 근접한 것으로 여겨진다. 구글은 지난 10월 23일 네이처(nature) 지에 자체 개발한 양자컴퓨터 프로세서인 시커모어(Sycamore)가 랜덤 퀀텀 회로 출력을 샘플링하는 작업에서 기존 슈퍼컴퓨터의 성능을 능가했다는 결과를 발표했다. 

구글이 발표한 양자컴퓨터 ‘시커모어’ 프로세서
구글이 발표한 양자컴퓨터 ‘시커모어’ 프로세서

이에 앞서 지난 9월 20일에는 53큐비트 프로세서를 탑재한 시커모어가 양자 우위를 달성했다는 문서가 미항공우주국(이하 NASA) 홈페이지에 유출된 바 있다. 문서에 따르면, 시커모어가 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터인 서밋(Summit)으로 약 1만 년을 풀어야 할 연산을 단 200초(3분 20초) 만에 풀었다고 언급돼 있다. 현재는 이 문서가 NASA 홈페이지에서 내려졌으며, 당시 구글은 이에 대한 진위 여부를 확인해 주지 않았다. 

양자컴퓨터 개발의 경쟁업체인 IBM은 이에 대해 반박하고 나섰다. IBM의 수석연구원인 다리오 질(Dario Gil)은 “구글의 시스템은 단일 문제를 해결하기 위해 설계된 하드웨어지, 범용 컴퓨터에는 미치지 못한다”고 역설했다. 

하지만 구글이 네이처 지에 시커모어 관련된 논문을 발표하면서 당시 유출됐던 내용이 사실로 드러났다. 구글은 발표문에서 앞으로 하드웨어나 소프트웨어에 고장이 발생해도 시스템이 계속 기능을 실행하는 내결함성(Fault-tolerant)을 지닌 양자컴퓨터를 구축할 것이며, 이를 통해 가치있는 많은 애플애플리케이 만들 것이라고 밝혔다. 

 

개발 도구 오픈소스화로 상용화 박차
마이크로소프트(MS)는 양자컴퓨터 개발 언어를 오픈소스로 공개하며 양자컴퓨터의 상용화를 지원하고 있다. 

비주얼 스튜디오 내 퀀텀 카타스(Quantum Katas)로 작업    *출처: MS Q# 블로그
비주얼 스튜디오 내 퀀텀 카타스(Quantum Katas)로 작업 *출처: MS Q# 블로그

MS는 전통적인 프로그래밍 개념을 양자컴퓨팅에 도입할 목적으로 2017년 12월 12일, Q#이라는 개발 언어를 포함한 양자 개발 도구(Quantum Development Kit)를 소개한 바 있다. 그 동안 개발자들은 양자컴퓨터의 알고리즘을 만들기 위해서는 논리게이트를 사용해 왔으나, 이 개발 도구는 일반적인 프로그래밍처럼 함수, 변수, 디버깅을 지원하는 개발환경을 제공한다. 

그후 18개월이 지난 7월 11일에는 양자 개발 도구를 오픈소스화했다. MS는 개발 도구 오픈소스화가 개발자들이 전 세계적으로 중요한 도전과제, 즉 행성급 문제(Planet-scale)를 풀 수 있을 것으로 보고 있다. 이 개발 도구는 무료로 내려받을 수 있으며, 윈도우 버전과 맥OS 버전이 따로 배포된다. 


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