[레전드 모음집] 이번 생 마지막 레전드 강의, 양자컴퓨터 몰아보기 (고려대학교 물리학과 채은미 교수)

간략한 요약

이 비디오에서는 양자 컴퓨터의 기본 원리, 작동 방식, 개발 현황 및 미래 전망에 대해 설명합니다. 최은미 고려대학교 교수님은 양자 역학의 기본 개념인 양자 중첩과 양자 얽힘을 설명하고, 이러한 원리가 양자 컴퓨터의 뛰어난 계산 능력에 어떻게 기여하는지 설명합니다. 또한 양자 컴퓨터 개발에 필요한 기술적 과제와 투자 동향을 살펴보고, 양자 컴퓨터가 미래 산업에 미칠 영향에 대해 논의합니다.

• 양자 컴퓨터는 양자 중첩과 양자 얽힘을 이용하여 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 특정 계산을 수행할 수 있습니다.
• 양자 컴퓨터 개발에는 큐비트의 안정성, 제어 정확도, 확장성 등 여러 기술적 과제가 남아 있습니다.
• 양자 컴퓨터는 신약 개발, 배터리 소재 개발, 금융 모델링, 암호 해독 등 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다.

양자 컴퓨터 소개

최은미 고려대학교 교수님은 양자 컴퓨터에 대한 관심이 높아지고 있으며, 2022년 노벨 물리학상이 양자 정보 과학 분야에서 나왔다고 언급합니다. 양자 정보 과학은 양자 통신, 양자 암호, 양자 센싱, 양자 컴퓨터 등으로 분류할 수 있으며, 특히 양자 컴퓨터는 기존 슈퍼컴퓨터로 수만 년 걸리는 계산을 단 몇 분 만에 해결할 수 있다는 점에서 주목받고 있습니다.

양자 역학 복습: 중첩과 얽힘

양자 컴퓨터의 핵심 개념인 양자 중첩과 양자 얽힘에 대해 설명합니다. 양자 중첩은 큐비트가 0과 1의 상태를 동시에 가질 수 있는 현상이며, 양자 얽힘은 두 개 이상의 큐비트가 서로 얽혀 있어 하나의 큐비트 상태가 다른 큐비트 상태에 즉각적으로 영향을 미치는 현상입니다. 측정 시 양자 상태는 붕괴되며, 측정 후에는 다시 중첩 상태로 돌아가지 않습니다.

양자 컴퓨터의 장점

양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 뛰어난 이유를 설명합니다. 양자 중첩을 통해 양자 컴퓨터는 여러 경우의 수를 동시에 계산할 수 있으며, 양자 얽힘을 통해 연산 횟수를 획기적으로 줄일 수 있습니다. 특히 양자 컴퓨터는 암호 해독에 매우 강력하며, 소인수 분해를 이용한 RSA 공개키 암호를 빠르게 해독할 수 있습니다.

양자 컴퓨터 개발 및 활용

양자 컴퓨터를 만드는 데 필요한 조건과 성능 지표를 설명합니다. 큐비트의 개수와 제어 능력(정확도, 제어 가능성, 확장성)이 중요하며, 큐비트 개수가 많을수록, 에러율이 낮을수록 성능이 좋습니다. 현재 양자 컴퓨터는 초전도 큐비트, 원자 이온, 중성 원자, 광자 등 다양한 플랫폼으로 개발되고 있으며, 각 플랫폼마다 장단점이 있습니다.

다양한 양자 컴퓨팅 플랫폼

대표적인 양자 컴퓨팅 플랫폼 네 가지를 소개합니다.

1. 초전도 큐비트: IBM, Google 등 대기업에서 주로 사용하는 방식으로, 초전도 물질로 회로를 만들어 큐비트를 구현합니다. 극저온 냉각이 필요하지만, 제어 능력이 뛰어납니다.
2. 원자 이온: 원자 이온 하나하나를 큐비트로 사용하는 방식으로, 레이저를 이용하여 원자를 냉각하고 제어합니다. 제어 정확도가 높지만, 확장성이 제한적입니다.
3. 중성 원자: 광집게를 이용하여 중성 원자를 포획하고 제어하는 방식으로, 확장성이 뛰어나지만, 에러율이 높은 편입니다.
4. 광자: 빛 알갱이인 광자를 이용하여 양자 컴퓨터를 만드는 방식으로, 상온에서 동작하지만, 제어할 수 있는 연산의 개수가 제한적입니다.

양자 컴퓨터 개발의 과제와 미래

양자 컴퓨터 개발에는 하드웨어뿐만 아니라 소프트웨어, 알고리즘, 암호화 등 다양한 기술 스택이 필요합니다. 현재 양자 컴퓨터는 큐비트 개수가 부족하고 에러율이 높아 실용적인 계산을 수행하기 어렵지만, 5년 이내에 킬러 애플리케이션을 찾는 것이 목표입니다.

양자 컴퓨터 투자 동향 및 전망

중국과 미국이 양자 기술 패권 경쟁을 벌이면서 양자 컴퓨터에 대한 투자가 과열되고 있습니다. 우리나라는 후발 주자이지만, 반도체 기술력을 바탕으로 양자 기술 경쟁력을 확보하기 위해 노력하고 있습니다. 양자 컴퓨터 개발에는 인력 양성이 중요하며, 정부와 기업의 투자가 필요합니다.