양자 컴퓨터란?

양자 컴퓨터란 양자 중첩이나 양자 얽힘이라고 하는 양자 역학의 현상을 이용해 병렬 계산을 실현하는 컴퓨터입니다. 기존의 컴퓨터에서는 대답의 도출에 방대한 시간을 필요로 하는 문제에서도, 양자 컴퓨터에서는 짧은 시간에 풀 수 있을 가능성이 있기 때문에, 다양한 분야에서의 활용이 기대되고 있습니다.

양자 게이트 방식과 양자 어닐링 방식

양자 컴퓨터는 문제를 푸는 방법의 차이에 따라 양자 게이트 방식과 양자 어닐링 방식의 크게 두 가지로 분류된다. 양자 게이트 방식은, 양자 상태에 있는 소자의 행동이나 조합으로 계산 회로를 만들어, 문제를 풀어 갑니다. 초전도나 이온 트랩, 토폴로지 컬 등 다양한 실현 수법이 제안되고 있습니다. 종래의 컴퓨터의 상위 호환으로서 기대가 높고, 구글이나 IBM 등의 대기업 IT 벤더, 또 리게티·컴퓨팅이나 IonQ 등의 스타트업이 하드웨어의 개발을 진행하고 있습니다. 양자 어닐링 방식은 조합 최적화 문제를 해결하는 데 특화되어 있습니다. 고온으로 한 금속을 천천히 식히면 구조가 안정되는 어닐링의 수법을 응용해 문제의 해를 구해 갑니다. 상용화에서 선행하는 D-Wave Systems의 하드웨어(이하, D-Wave 머신)에서는, 격자상으로 배열된 소자에 상호작용을 설정해, 횡자장이라고 하는 신호를 걸어, 소자 전체의 에너지가 가장 낮아지는 상태를 찾아갑니다. 양자 컴퓨터란 양자 중첩이나 양자 얽힘이라고 하는 양자 역학의 현상을 이용해 병렬 계산을 실현하는 컴퓨터입니다. 기존의 컴퓨터에서는 대답의 도출에 방대한 시간을 필요로 하는 문제에서도, 양자 컴퓨터에서는 짧은 시간에 풀 수 있을 가능성이 있기 때문에, 다양한 분야에서의 활용이 기대되고 있습니다.

대기업이 연구에 참여

D-Wave Systems는 기업과 연구 기관이 D-Wave 기계를 사용하여 작업한 애플리케이션의 수가 250개를 넘었다고 말합니다. 예를 들어 폭스바겐은 D-Wave 기계를 사용하여 베이징 시내와 베이징 공항 사이의 정체를 해소하는 이동 경로의 계산을 계산했습니다. 또한 이 회사는 2019년 포르투갈 리스본에서 개최된 '웹 서밋' 개최 기간 동안 D-Wave 머신을 사용하여 '이진 페인트 숍 문제'를 실시간으로 풀어 실제 정체를 고려하면서 셔틀버스가 적절한 간격으로 운행할 수 있도록 했습니다. 우리 몸에는 최적화를 통해 해결할 수 있는 많은 문제가 있습니다. 예를 들어 교대 근무에서 근무자의 조합, 웹사이트에 게재하는 광고의 조합, 자산 포트폴리오의 최적화 등 다양합니다. 현재 대기업들은 IBM과 구글, 리게티 컴퓨팅, IonQ 등의 하드웨어 개발을 진행하는 메이커와 공동으로 양자 게이트 방식의 응용 연구를 진행하고 있습니다. 예를 들어 골드만삭스, JP 모건 체스, 웰스 파고, BBVA 은행, 미쓰비시 UFJ 은행 등은 자산 포트폴리오 최적화 및 몬테카를로 시뮬레이션을 이용한 금융 리스크 계산 등에 응용할 수 있는 알고리즘 연구를 다임러와 미쓰비시 케미컬은 전기 자동차에 응용할 수 있는 배터리 소재의 연구를, 그 밖에 BMW나 엑손 모빌, 삼성전자 등이 제조 공정의 관리나 물자 운반의 최적화에의 적용을 연구하고 있습니다.

 

기초연구와 비즈니스 적용연구 동시 진행

 

양자 컴퓨터는 언제가 되면 본격적으로 비즈니스에 응용할 수 있을까요? D-Wave Systems는 상용 서비스로 다른 양자 컴퓨터에 선행합니다. 비즈니스 과제를 다룬 연구가 많이 실시되고 있습니다만, 고전 컴퓨터에 비하면 한 번에 풀 수 있는 문제의 규모가 작고, 한층 더 비즈니스 문제를 양자 어닐링으로 풀기 위한 계산식으로 옮기기 위해서는 테크닉이 필요하다는 부분 때문에 실증 실험을 넘어 프로덕션 운용까지 가는 경우는 드뭅니다. 양자 게이트 방식에 이르러서는, 에러 내성을 가지는 양자 컴퓨터의 실현은 10년부터 20년 앞이라고도 알려져 있습니다. 양자 컴퓨터가 진가를 발휘하기 위해서는 수많은 과제를 극복할 필요가 있지만, 하드웨어 개발의 기초 연구와 비즈니스 적용을 위한 응용 연구가 동시 진행으로 진행되고 있는 점에 크게 주목해야 한다. D-wave Systems는 D-Wave 기계와 고전 컴퓨터를 결합하여 기업이 요구하는 대규모 문제를 해결하는 방법을 제안한다. 양자 게이트 방식에 대해서는, 하드웨어에 양자 비트의 수를 늘리는 연구를 진행하는 것과 동시에, 에러가 있는 양자 컴퓨터에서도 풀 수 있는 문제의 지장이 없는 비즈니스 과제를, 대기업과 함께 찾는 시점에 있습니다. 또한 많은 기업 사용자를 보유한 아마존과 마이크로소프트는 자사의 클라우드 서비스 속에서 D-Wave Systems, 리게티 컴퓨팅, IonQ 등이 제공하는 양자 컴퓨터에 접속하여 이용할 수 있는 서비스를 시작했습니다. 이상적인 양자 컴퓨터를 구현하는 데는 시간이 걸리지만 기업이 미래의 가능성에 도전할 수 있는 환경이 갖추어지고 있습니다.