주말엔... 공부! 양자 컴퓨터란?

구글에서 신형 양자칩 "윌로"를 공개했다.

오늘은 최근 구글에서 신형 양자칩 윌로가 공개되었다는 소식을 듣고.. 양자칩? 양자컴퓨터? 에 대해서 조사를 해봤는데요. 요즘 정말 핫한 주제 중에 하나죠..ㅋ 조사하면서 양자 컴퓨터는 이과인 저도 어려울 정도로 저희가 사용하는 컴퓨터와는 정말 다른 방식으로 작동한다는 걸 알았는데요. 간단하게 개념부터 알아볼게요.

 

양자 컴퓨터란?

양자 컴퓨터는 양자 역학의 원리를 활용해서 정보를 처리하는 컴퓨터예요. 전통적인 컴퓨터는 비트(bit)를 사용해서 정보를 처리하는, 비트는 0과 1의 두 가지 상태만을 가질 수 있어요. 반면에 양자 컴퓨터는 양자 비트, 즉 큐빗(qubit)을 사용해요. 큐빗은 0과 1을 동시에 가질 수 있는 상태로 존재할 수 있어요. 다들 이중 슬릿시험은 알고 있죠? 빛은 관측하는 순간 결정되는 거... 보기 전까지는 입자(0)와 파동(1)이 동시에 존재하는 거죠.  이 점이 양자 컴퓨터의 가장 큰 장점이죠. 어렵죠?

그림을 설명드릴게요.

 

고전 컴퓨터의 비트는 상황에 따라 한 번에 하나의 상태만 가질 수 있는지만, 큐빗은 중첩(superposition)이라는 특징 덕분에 여러 상태를 동시에 나탈낼 수 있어요. 예를 들어, N개의 큐빗은 모든 가능한 조합을 한 번에 표현할 수 있는 거죠. 이로 인해 양자 컴퓨터는 특정 문제를 훨씬 빠르게 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있어요. 

 

양자 비트(큐빗) 이해하기

큐빗의 개념을 좀 더 깊게 파고들어 보죠. 큐빗은 고전 비트와는 다르게, 단순히 0과 1의 두 가지 상태를 넘어서 무한한 상태를 가질 수 있습니다. 이를 통해 양자 컴퓨터는 복잡한 계산을 동시에 수행할 수 있는데, 이는 고전 컴퓨터로는 불가능한 일이죠.

 

큐빗의 동작 원리는 매우 재밌어요.ㅋ 큐빗은 양자 얽힘(entanglement)이라는 현상과 밀접한 관계가 있어요. 두 개의 큐빗은 서로 얽히게 되면, 하나의 큐빗 상태가 다른 큐빗의 상태에 즉각적으로 영향을 미칠 수 있죠. 큐빗의 거리와 상관이 없어요. 10000광년이 떨어져 있어도 즉각적으로 반응하죠.ㅋㅋ 이렇게 얽힌 큐빗들은 함께 작동하여 강력한 계산 능력을 발휘할 수 있어요.

 

양자 컴퓨터의 원리

양자 컴퓨터의 핵심 원리는 바로 양자 얽힘과 중첩에 있어요. 양자 얽힘은 여러 큐빗이 서로 연결되어 있어, 하나의 큐빗에 대한 상태 변화가 다른 큐빗에 영향을 미치는 현상이죠. 이를 통해 양자 컴퓨터는 더 많은 정보를 동시에 처리할 수 있게 되죠.

 

양자 컴퓨터의 계산 과정은 고전 컴퓨터와는 크게 달라요. 고전 컴퓨터는 순차적으로 계산을 진행하는 반면, 양자 컴퓨터는 어러 계산을 동시에 수행할 수 있게 때문이죠. 대신 과정을 확인하면 안 되겠죠? 이중 슬릿 시험처럼 확인하는 순간 값이 결정되니까요.ㅋㅋㅋ 

 

양자 컴퓨터의 응용 분야

현재 양자 컴퓨터는 다양한 분야에 응용되고 있어요. 예를 들어, 금융 분야에서는 리스크 분석과 투자 전략 개발에 활용 되고 있고, 생명과학에서는 약물 개발과 유전자 연구, 미래에는 인공지능, 암호 해독, 데이터베이스 검색 등 다양한 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 것으로 예상되고 있어요..

 

이번 구글의 양자칩이 그 첫 단계라고 봐도 무방할 거 같네요. 윌로가 이제 막 시작 단계에 있지만, 그 발전 속도는 매우 빨라요. 앞으로의 발전이 기대되는 만큼, 우리가 미리 준비하고 관심을 가지는 것이 중요하겠죠.

 

비록 양자 컴퓨터가 암호 해독 등을 통해 안 좋은 일에 사용될 가능성도 있지만.. 저는 좋은 쪽으로 생각하려 구요.ㅋㅋㅋ