그림으로 배우는 양자 컴퓨터(4)

 그림으로 배우는 양자 컴퓨터 마지막 시간입니다. 지금까지 양자 컴퓨터의 기술에 대해 중점적으로 다루었다면 마지막 장에서는 양자 컴퓨터가 어떻게 미래를 바꿀지를 다루고 있는데요, 한 번 양자 컴퓨터로 바뀔 미래를 체험해보도록 하겠습니다.

 

그림으로 배우는 양자 컴퓨터

 

 양자 컴퓨터의 제작 목적이 기존 컴퓨터로 현실적인 시간 내로 해결하지 못하는 문제를 해결하는 것인 만큼 '최적화 계산'과 '양자 화학 계산' 분야에 큰 영향을 줄 것이라 예상하고 있습니다. 이 외에도 '머신러닝', '딥러닝', '암호', '보안', '검색의 고속화' 등 다양한 분야에서 활용될 것이라 기대하고 있습니다. 이 중에서 가장 효과적인 변화를 가져올 것이라 생각되는 분야는 '양자 화학 계산'인데, '양자 화학 계산'은 재료의 특성을 결정하는 요인을 찾기 위해 원자나 전자와 같은 아주 작은 양자가 어떻게 조합되는지를 상세하게 분석하는 것을 말합니다. 여기서 '양자'는 원자나 분자를 의미하는 단어로 '양자 컴퓨터'의 양자와는 직접적인 관계는 없습니다.

 

 양자 화학 계산의 목적은 안정적인 분자 구조의 상태를 찾는 것입니다. '튼튼하고 잘 깨지지 않는다'던가 '오랜 시간이 지나도 성질이 변하지 않는다'는 상태를 말이죠. 때문에 양자 화학은 실험의 결과에 대한 가설과 검증, 다중 스케일 계산, 다중 물리학의 계산, 다수의 조합 계산 등 다양한 연산을 필요로 합니다. 때문에 기존 방법을 통해 양자 화학의 고분자 계산을 수행하려면 몇 개월에서 몇 년의 시간을 필요로 합니다. 하지만 양자 컴퓨터로 '양자 푸리에 변환 알고리즘'을 사용한다면 매우 빠른 시간 내 양자 화학 계산에 필요한 분자의 상태를 계산할 수 있습니다. 양자 화학 계산 분야와 같은 경우에는 이전 시간에 말했던 'NISQ 형 양자 컴퓨터'로도 연산이 가능합니다.

 

 

 솔직히 평범히 사는 우리들 입장에서는 양자 화학 계산이 발전되고, 고분자 계산이 빨라진다 해서 우리의 삶에 큰 변화를 가져올거라는 생각을 하기는 힘듭니다. 하지만, 양자 컴퓨터로 인해서 내 개인정보가 유출될 수 있다고 하면 관심을 가질 사람은 많을 거라고 생각합니다. 양자 화학 계산 속도가 빨라지는 만큼 당연하게도 내 개인정보를 빼가기 위해 해커들이 해킹하는 속도도 빨라질 것입니다. 기존 컴퓨터로는 풀 수 없는 암호도 현실적인 시간 내로 해결할 수 있기 때문입니다. 블록체인과 암호화폐처럼 보안이 중요시되는 현재 인터넷 상황 특성상 암호화 기술을 붕괴시키는 것은 사회적으로 매우 큰 혼란을 불러일으킬 것입니다. 때문에 양자 컴퓨터로도 풀기 힘든 새로운 암호 체계, '양자 내성 암호'에 대한 연구가 진행되는 것입니다.

 

양자 컴퓨터로 인한 암호의 붕괴(출처: 그림으로 배우는 양자 컴퓨터)

 

 양자 내성 암호의 유력한 후보로 제시되는 것은 '격자 암호'입니다. 격자 암호는 비스듬히 뒤틀린 격자에서 두 개의 벡터를 만들면 '좌표계의 뒤틀린 정도'를 쉽게 해독하지 못한다는 점을 기반으로 제작한 암호입니다. 격자 암호 외에도 '다변수 다항식 암호'와 'Isogeny 암호', '해시 암호' 등이 있습니다.

 

 

 이렇게 '그림으로 배우는 양자 컴퓨터'의 5단원까지의 리뷰가 끝났습니다. 6, 7단원은 'Blueqat'을 이용하여 양자 회로를 설계하고 양자 컴퓨터의 연산을 체험하는 방법을 알려주고 있으니까 관심있으신 분은 책을 찾아보시면 좋을 것 같습니다. 양자 컴퓨터는 미래를 바꿀 혁신 기술로 불리는 만큼 수많은 분야에서 변화를 불러일으킬 거라고 생각합니다. 최근 이루어진 많은 연구와 발전에도 불구하고 양자 컴퓨터, 양자 시뮬레이터, 양자 계산 화학, 양자 암호까지 아직 실용화되기에는 많은 부족함이 느껴집니다. 하지만, 미국, 중국을 포함한 다양한 선진국과 구글, IBM과 같은 IT 대기업들까지 많은 투자를 하고 있는 만큼 양자 컴퓨터가 얼마나 빠르게 개발될지 관심을 가져보는 것은 어떨까 조심스레 의견을 내봅니다. 여기까지 '그림으로 배우는 양자 컴퓨터'였습니다. 부족한 글을 읽어주셔서 감사합니다.

 

 

 

참고

미나토 유이치로, 그림으로 배우는 양자 컴퓨터(영진 닷컴)

김재완, 양자 암호(Quantum cryptography)(정보보호학회지)

서화정, 양자 내성 암호 구현(한국통신학회지)

김용수 외 1명, 양자계산화학 응용을 위한 양자컴퓨팅(한국통신학회지)