양자컴퓨팅 구글, 아이온큐 어떻게 다르고 어떤 게 더 유망한 걸까?
- News&Issue
- 2024. 12. 18.
구글이 양자 컴퓨팅에서 에러를 낮추고 엄청나게 오래 걸릴 계산을 5분만에 해낼 수 있다는 기술을 발표하면서 아이온큐의 주가가 급락을 했었는데요. 다만 구글의 초전도 방식이 아직은 상용화된 것도 아니고 시간도 꽤 걸릴 것이라고 해서 다시 아이온큐의 주가는 회복을 하고 심지어 날아가고 있습니다. 과연 구글과 아이온큐의 양자 컴퓨팅은 어떻게 다르고 앞으로 어떤 게 더 유망한 걸까요?
- 아이온큐(IonQ)와 구글의 양자 컴퓨터의 차이점
- 양자컴퓨팅은 어떻게 하는 거지?
- 정말로 비트코인의 암호 체계를 해독할 수 있을까?
- 구글 양자 컴퓨터 획기적인 Willow 칩 발표
- 아이온큐가 유망할까 구글의 양자컴퓨터가 유망할까?
- 양자 컴퓨터 관련 미국 회사들
- 마치며,
구글이 양자 컴퓨팅에서 에러를 낮추고 엄청나게 오래 걸릴 계산을 5분만에 해낼 수 있다는 기술을 발표하면서 아이온큐의 주가가 급락을 했었는데요. 다만 구글의 초전도 방식이 아직은 상용화된 것도 아니고 시간도 꽤 걸릴 것이라고 해서 다시 아이온큐의 주가는 회복을 하고 심지어 날아가고 있습니다. 과연 구글과 아이온큐의 양자 컴퓨팅은 어떻게 다르고 앞으로 어떤 게 더 유망한 걸까요?
아이온큐(IonQ)와 구글의 양자 컴퓨터의 차이점
두 회사 모두 양자 컴퓨터를 만들고 있지만, 어떤 ‘재료’와 ‘방법’을 쓰느냐에서 큰 차이가 있는데요.
1. 아이온큐(IonQ)
이온(ion)이라는 아주 작은 원자들을 공중에 떠 있게 한 뒤, 레이저(빛)를 쏴서 그 이온을 조종하고 읽어내는 방식이 아이온큐의 양자컴퓨팅방식이라고 합니다. (구체적으로는 어떤 방식인지 저는 잘 몰라요.)
- 이온은 원자 중에서 전기적으로 대전된 입자인데, 이 작은 입자들을 잘 가둬두고 레이저를 사용해 상태를 바꾸면서 계산.
- 이런 방식은 비교적 안정적으로 오랫동안 양자 상태를 유지할 수 있어서, 아주 정밀한 계산에 유리하다는 평가.
2. 구글의 양자 컴퓨터
구글은 특별한 초전도 재료를 쓰는 작은 회로(전자 칩)로 양자 비트를 만드는 방식을 사용합니다.
- 칩 안에 있는 전자가 양자 상태를 띠도록 하여, 이 상태를 조절하고 측정하면서 계산을 진행.
- 이 방법은 반도체 공정처럼 미세한 칩을 만드는 기술과 유사해, 대량 생산이나 집적화에 유리할 수 있다고 합니다.
문제는 양자 상태가 깨지지 않도록 매우 낮은 온도를 유지해야 하는 즉 초전도 상태를 만들어야 한다고 합니다.(온도를 매우 낮게, 거의 우주보다 차가운 상태로!).
정리하자면, 아이온큐는 이온을 레이저로 조종하는 방식을, 구글은 초전도 칩을 이용하는 방식을 쓰고 있습니다. 둘 다 양자 컴퓨터를 만들지만, 재료와 접근 방식이 달라서 각각의 장점과 단점이 있는 것이죠.
양자컴퓨팅은 어떻게 하는 거지?
양자 컴퓨터를 쉽게 설명하면 이렇습니다. 저도 잘은 모르지만 나름 쉽게 이해한 것은 다음과 같은데요.
우리가 흔히 사용하는 컴퓨터는 전기를 이용해서 0과 1로 정보를 처리하죠. 예를 들어, 전기가 흐르면 ‘1’, 안 흐르면 ‘0’ 이렇게 단순한 두 가지 상태로만 계산하는 2진법을 씁니다. 그런데 양자 컴퓨터는 아주 작은 세계, 즉 원자보다 더 작은 입자들이 가지는 특별한 특성을 이용해요. 이걸 미시적인 세계라고 하던데요. 양자라는 이 입자들은 동시에 여러 상태(0이면서 1이기도 할 수 있는 상태)에 있을 수 있어서, 한 번에 훨씬 많은 계산을 할 수 있다고 합니다. 쉽게 비유하자면, 보통 컴퓨터는 문제를 하나씩 차례차례 해결해나가는 느린 일꾼이라면, 양자 컴퓨터는 동시에 여러 문제를 ‘한꺼번에’ 생각할 수 있는 천재라는 건데요. 그 덕분에 지금의 컴퓨터로는 엄청나게 오래 걸리는 계산을 훨씬 빠르게 할 가능성이 있다는 것이죠.
0과 1이 동시에 존재하는 상태라는 것은?
양자 컴퓨터에서 “입자가 0이면서도 1인 상태”라는 게 저는 헷갈리더라구요. 그냥 숫자로만 보면, 0이면 0이고 1이면 1이지, 어떻게 둘 다 동시에 될 수 있을까 하는 생각이 드는 데요.
동전 비유 동전을 손가락으로 튕겨서 공중에 던지면, 동전은 빙글빙글 됩니다. 이 때, 동전은 앞면일까 뒷면일까요?
• 아직 바닥에 떨어지기 전, 동전은 앞면인지 뒷면인지 정해지지 않고 계속 돌고 있어서 앞면도 뒷면도 아닌 상태로 볼 수 있어요.
• 하지만 동전이 바닥에 딱 떨어지는 순간, 그 때 비로소 “아, 앞면이네” 아니면 “뒷면이네” 하고 확정됩니다.
양자 컴퓨터에서 “0이면서도 1인 상태”란, 마치 동전이 공중에서 빙글빙글 도는 상태와 비슷한 개념입니다.
아직은 0인지 1인지 결정되지 않고, 특별한 “양자 상태”로 여러 가능성을 동시에 갖고 있는 거예요.
이 상태를 “중첩(superposition)“이라고 합니다. 그리고 양자 컴퓨터는 이 “중첩” 상태를 이용해서 한 번에 많은 계산을 하는 힘을 얻어요. 다만, 이 상태를 관측(확인)하는 순간, 동전이 바닥에 떨어지듯, 그 순간 0 혹은 1 중 하나로 결과가 정해지는 거예요. 정리하자면, “0이면서도 1”이라는 표현은 실제로 그 숫자들이 섞여 있는 게 아니라, 확정되지 않은 양자 상태가 0과 1 두 가능성을 동시에 품고 있는 특수한 상황을 가리키는 거라고 해요. 이걸로 어떻게 계산이 가능한 것인은 정확히 모르겠지만.
0도 아니고 1도 아닌 중첩상태로 어떻게 계산을?
1. 중첩 상태에서의 계산:
양자 비트(큐비트)는 0과 1 상태가 겹쳐 있는 중첩 상태로 시작할 수 있어요. 그리고 우리가 원하는 계산(수학적 연산이나 논리 연산)을 수행하는 “양자 게이트”들을 적용해요. 이 양자 게이트들은 중첩된 상태들에 작용하면서, 여러 가능한 답들을 동시에 조작하게 됩니다. 이 때 중요한 점은 게이트가 하나의 경로만 결정하는 게 아니라, 가능한 여러 결과를 동시에 ‘준비’하는 식으로 계산이 전개된다는 거예요.
2. 간섭(Interference) 효과:
양자 상태들은 중첩되어 있을 뿐만 아니라, 서로 **간섭(인터페어런스)**이라고 불리는 현상을 보입니다. 간섭은 파동이 서로 만나면서 세기가 커지거나 작아지는 현상인데, 양자 비트의 상태 역시 파동처럼 행동하기 때문에, 계산 과정에서 특정한 결과로 이어지는 상태들은 세기가 강화되고(확률이 높아지고), 잘못된 결과로 이어지는 상태들은 약해지거나 사라지도록(확률이 낮아지도록) 할 수 있습니다. 즉, 양자 계산은 적절한 양자 게이트 조합을 통해, 최종적으로 원하는 정답이 나올 확률을 높이고, 원치 않는 답의 확률을 낮추는 식으로 진행되는 식입니다. 단순한 계산이 아니라 상당히 복잡한 알고리즘으로 진행된다는 것.
3. 최종 관측(Measurement)
계산이 모두 끝나면 비로소 결과를 “관측”합니다. 관측하는 순간 중첩 상태는 0 또는 1 중 하나로 확정되는 고전적 결과로 “붕괴”되는데, 이 때 우리가 원하던 답이 높은 확률로 나오도록 설계하는 것이 핵심입니다. 즉, 실제로 “정답을 보여주는 순간”에는 이미 중첩 상태가 간섭 등을 통해 정리된 상태여서, 우리가 측정하면 높은 확률로 원하는 정답을 얻을 수 있게 됩니다. 정리하자면, “정답을 보여주는 순간”에는 이미 중첩 상태가 간섭 등을 통해 정리된 상태여서, 우리가 측정하면 높은 확률로 원하는 정답을 얻을 수 있게 됩니다. 정리하자면, “0이면서도 1”이라는 표현은 실제로 그 숫자들이 섞여 있는 게 아니라, 확정되지 않은 양자 상태가 0과 1 두 가능성을 동시에 품고 있는 특수한 상황을 가리키는 거라고 해요. 이걸로 어떻게 계산이 가능한 것인은 정확히 모르겠지만.
중첩 상태 자체가 당장 결정된 답을 주는 건 아니지만, 그 상태들을 잘 활용하면 계산 과정에서 효율적으로 많은 경우를 동시에 처리하고, 최종적으로는 원하는 결과를 얻는 확률을 크게 높일 수 있다는 거예요.
아직도 아리송하지만 나중에 좀 더 공부해서 정리해보기로 하겠습니다.
정말로 비트코인의 암호 체계를 해독할 수 있을까?
양자컴퓨터와 비트코인의 관계에 대해서는 다양한 관점과 의견이 있더라구요. 정리해보면 다음과 같습니다.
1. 비트코인의 암호체계 약화 가능성:
비트코인은 거래 서명에 주로 타원곡선 디지털 서명 알고리즘(ECDSA)을 사용하고 있어요.
- 이 알고리즘은 고전적 컴퓨터로는 매우 어려운 “이산대수 문제”에 기초하고 있는데, 충분히 강력한 양자컴퓨터(대규모 양자컴퓨터)가 등장한다면 쇼어 알고리즘(Shor’s algorithm)을 이용해 이산대수 문제를 비교적 빠르게 풀 수 있을 가능성이 있어요.
- 이 경우, 비트코인의 공개키로부터 비밀키를 역추적하는 것이 지금보다 훨씬 쉬워져, 이론적으로는 다른 사람의 비트코인을 훔치는 것도 가능해질 수 있다는 것입니다.
- 이런 상황이 실제로 오면 기존의 비트코인 보안이 위협받고, 사람들은 비트코인을 안전하게 여기지 않을 수도 있죠.
2. 비트코인 네트워크의 대응 및 업그레이드 가능성
- 비트코인을 비롯한 블록체인 시스템은 소프트포크나 하드포크를 통해 암호 알고리즘을 바꿀 수 있는 유연성도 장점 중 하나입니다.
- 양자 저항성(Quantum-resistant) 암호 알고리즘을 도입한다면, 양자컴퓨터로도 쉽게 깨기 어려운 체계를 만들 수 있는데요. 이미 많은 연구자들이 “양자 내성 암호”를 개발 중이고, 비트코인 커뮤니티도 필요하다면 향후에 이를 적용할 수 있을 거라고 합니다.
- 즉, 양자컴퓨터 등장 이전에나 직후에 비트코인이 새로운 보안체계를 도입한다면, 양자컴퓨터가 상용화되더라도 비트코인은 보안성을 유지할 수 있게 됩니다.
3. 현실적 제약:
현재 상용화 수준에서 비트코인을 직접 위협할 만큼 강력하고 안정적인 양자컴퓨터는 아직 없습니다.
양자컴퓨터가 실질적으로 ECDSA 같은 암호를 위협하려면 수천~수백만 개 이상의 고품질 큐비트가 필요한데, 이는 아직 갈 길이 먼 기술적 과제죠.
따라서 양자컴퓨터가 충분히 발전하면 기존의 비트코인 암호체계에 이론적 위협을 가할 수 있습니다(약화 가능성). 하지만, 비트코인 커뮤니티나 관련 기술자들은 새로운 양자 저항성 암호 알고리즘을 도입함으로써 이 문제를 극복할 수 있는 대안도 가지고 있어요(뚫기 어렵게 진화 가능).
결국 비트코인이 양자 시대에도 의미를 유지할지, 아니면 양자 기술에 의해 침해될지는 비트코인 프로토콜이 어떻게 대응하고 업그레이드하느냐에 달려 있다고 할 수 있습니다.
구글 양자 컴퓨터 획기적인 Willow 칩 발표
2024년 구글이 발표한 Willow 칩, 오류 정정 “임계점 이하” 를 달성했다는 소식이 있었습니다. 2024년 12월, 구글은 새롭게 개발한 양자 칩 ‘Willow’를 공개하며 큰 관심을 받았는데요. 어떤 부분인가면 다음과 같습니다.
1. 오류 정정의 획기적 진전 (Below Threshold):
Willow 칩에서 3x3, 5x5, 7x7 크기로 큐비트 배열을 확장할 때마다 오류율이 절반으로 줄어드는 “지수적 오류 감소”를 달성했습니다. 양자 오류 정정 연구가 시작된 후 약 30년 만에 숙원이었던 ‘오류율이 확장에 따라 줄어드는 임계점 이하(below threshold)’ 진입을 의미합니다. 쉽게 말해, 큐비트를 더 많이 쓸수록 오류율이 높아지는 대신, 오히려 줄어들도록 만들었다는 것은 “이제 논리적 큐비트를 안정적으로 구현할 수 있는 방향”을 잡았다는 뜻입니다.
2. 압도적 연산 능력 시연:
Willow 칩으로 랜덤 서킷 샘플링(Random Circuit Sampling, RCS) 테스트를 수행한 결과, 대략 5분 동안의 연산으로 현재 최고의 슈퍼컴퓨터 중 하나인 “Frontier”가 10^25년(10 짭틸리언 년!) 걸릴 계산을 처리했습니다. 이는 우주 나이보다도 긴 시간을 슈퍼컴퓨터에 요구하는 연산을 단 몇 분 만에 처리한 것이며, 양자 컴퓨터가 고전적 컴퓨터를 더욱 압도적으로 앞설 수 있음을 보여줍니다. 구글의 Willow 칩 발표는 양자 오류 정정과 스케일업 가능성 측면에서 핵심 난제를 정면 돌파한 의미 있는 진전이며, 양자 컴퓨팅 상용화의 큰 전환점으로 평가할 수 있습니다.
아이온큐가 유망할까 구글의 양자컴퓨터가 유망할까?
이제 여기서부터는 각자의 판단이 중요한 부분입니다. 현재 상용서비스를 하고 수익도 내고 있는 - 물론 아직은 적자기업이지만 - 아이온큐의 전망이 밝을지, 엄청난 기술 개발로 상용서비스를 앞당겨 가고 있는 구글의 양자컴퓨터가 더 유망할지 아래 내용을 참고해보세요.
1. 구글 Quantum AI vs. IonQ 기술적 접근 방식 비교
구글 Quantum AI
기술적 접근 : 구글은 초전도 큐비트(Superconducting Qubits) 를 사용하여 양자 컴퓨터를 개발하고 있습니다. 초전도 큐비트는 기존 반도체 공정 기술과 유사하게 실리콘 칩 위에 구현할 수 있어, 대규모 스케일업(Scale-up)에 유리합니다.
최근 성과: 구글은 새로운 양자 칩 ‘Willow’를 발표(2024년 12월)하며, 양자 오류 정정(Quantum Error Correction)에서 “임계점 이하(below threshold)”를 달성했습니다. 이는 큐비트 수를 늘릴 때 오류율이 감소하는 지수적 오류 감소를 의미하며, 양자 오류 정정의 중요한 과제를 해결한 것입니다.
랜덤 서킷 샘플링(RCS): Willow 칩은 RCS 벤치마크에서 현재 가장 빠른 슈퍼컴퓨터보다 10^25년(10 septillion years)이 걸리는 계산을 단 5분 만에 수행했습니다. 양자 컴퓨팅이 고전 컴퓨터를 압도적으로 앞설 수 있음을 보여주는 중요한 성과로 주목받고 있습니다.
아이온큐(IonQ)
기술적 접근: 아이온큐는 트랩된 이온(Trapped Ions)을 이용한 양자 컴퓨터를 개발하고 있습니다. 이온 큐비트는 레이저를 사용해 개별적으로 제어하며, 비교적 높은 안정성과 낮은 오류율을 자랑합니다.
최근 성과: 상용 클라우드 서비스: 아이온큐는 이미 아마존 브라켓(Amazon Braket), 마이크로소프트 애저 퀀텀(Microsoft Azure Quantum) 등과 협력하여 양자 컴퓨팅 리소스를 클라우드 서비스 형태로 제공하고 있습니다. 그러니까 연구자와 기업들이 쉽게 접근할 수 있는 양자 컴퓨팅 as a Service (QCaaS) 모델로, 실용화에 한 걸음 더 다가간 것이죠.
큐비트 수 증가: 아이온큐는 지속적으로 큐비트 수를 늘려가며, 양자 컴퓨터의 성능을 향상시키고 있습니다. 현재까지도 안정적인 큐비트 관리를 통해 높은 정확도의 양자 연산을 제공하고 있습니다.
2. 유망성 비교: 구글 vs. IonQ 구글
Quantum AI의 유망성
- 대규모 스케일업 가능성: 초전도 큐비트는 반도체 공정과 유사하여 대규모로 확장하기에 용이합니다.
- 혁신적 성과: Willow 칩을 통해 양자 오류 정정에서 큰 진전을 이루었으며, RCS 벤치마크에서 고전 슈퍼컴퓨터를 압도하는 성과를 거두었습니다.
- 강력한 연구 지원: 구글은 막대한 자원과 인재를 투입하여 양자 컴퓨팅 연구를 주도하고 있습니다.
과제:
- 오류 정정 기술의 지속적 개선 필요: Willow 칩의 성과에도 불구하고, 대규모 양자 컴퓨터를 실용화하기 위해서는 오류 정정 기술의 지속적인 발전이 필요합니다.
- 극저온 환경 유지: 초전도 큐비트를 안정적으로 운영하기 위해서는 극저온 환경을 지속적으로 유지해야 하는 기술적 어려움이 있습니다.
IonQ의 유망성
- 높은 안정성과 낮은 오류율: 트랩된 이온 큐비트는 비교적 안정적이며, 낮은 오류율을 유지할 수 있습니다.
- 클라우드 서비스 통한 접근성: 이미 상용 클라우드 서비스를 통해 양자 컴퓨팅 리소스를 제공하고 있어, 실용화에 가까운 모습입니다.
- 유연한 스케일업: 레이저를 이용한 개별 큐비트 제어는 높은 정밀도를 가능하게 하며, 점진적인 스케일업이 용이합니다.
과제:
- 대규모 확장성: 많은 수의 이온을 동시에 안정적으로 제어하고 관리하는 것은 여전히 기술적 도전 과제입니다.
- 성능 향상 필요: 트랩된 이온 방식의 성능을 더욱 향상시키기 위해서는 지속적인 연구와 기술 개발이 필요합니다.
3. 투자 관점에서의 고려 사항 구글
Quantum AI에 투자할 경우
- 기술적 진전: Willow 칩 발표는 구글이 양자 오류 정정에서 중요한 진전을 이루었음을 보여주며, 이는 장기적으로 대규모 양자 컴퓨터 실용화에 유리한 신호입니다.
- 리소스와 지원: 구글은 막대한 자원과 인재를 보유하고 있어, 양자 컴퓨팅 연구를 지속적으로 지원할 수 있는 강점이 있습니다.
- 다양한 응용 분야: 양자 컴퓨팅이 다양한 산업 분야에 적용될 가능성이 높아, 구글의 광범위한 연구와 개발이 이를 뒷받침할 수 있습니다.
IonQ에 투자할 경우
- 상용화 접근성: 이미 클라우드 기반 서비스로 양자 컴퓨팅을 제공하고 있어, 실용화에 가까운 단계입니다.
- 안정적인 성능: 트랩된 이온 큐비트는 비교적 높은 안정성과 낮은 오류율을 자랑하며, 이는 상용화에 중요한 요소입니다.
- 협력과 파트너십: 아마존, 마이크로소프트 등 주요 클라우드 플랫폼과의 협력은 IonQ의 시장 접근성을 높여줍니다.
4. 결론: 어느 쪽이 더 유망할까?
양자 컴퓨팅은 아직 초기 단계에 있으며, 구글과 IonQ는 각기 다른 강점과 도전 과제를 가지고 있습니다. 구글 Quantum AI는 대규모 스케일업과 혁신적 성과를 통해 장기적으로 큰 잠재력을 지니고 있으며, IonQ는 이미 상용화 단계에 가까운 클라우드 서비스를 통해 실용화에 한 걸음 더 다가가고 있습니다.
투자 결정을 내리기 전에 다음 사항을 고려해야할 사항
- 기술적 진전의 불확실성: 양자 컴퓨팅 기술은 여전히 발전 중이며, 예상치 못한 기술적 장애물이 발생할 수 있습니다.
- 시장 경쟁: 구글과 IonQ 외에도 다양한 기업들이 양자 컴퓨팅 시장에 진입하고 있어, 경쟁이 치열할 수 있습니다.
- 장기 투자 필요성: 양자 컴퓨팅의 상용화는 아직 시간이 걸릴 수 있으므로, 장기적인 관점에서 투자하는 것이 적합할 수 있습니다.
너무나 뻔한 얘기지만 전문가 상담을 권장합니다. 양자 컴퓨팅 분야에 투자하려는 경우, 금융 전문가나 투자 컨설턴트와 상담하여 개인의 투자 목표와 위험 감수 성향에 맞는 전략을 세우는 것이 중요합니다.
제 글은 참고만 해보세요.
결국은 아직 어느쪽이 유리할지 모르니 포트폴리오를 구성할 때 양쪽 모두를 감안해볼 수 있을 것 같습니다.
양자컴퓨터 관련 주들은 아직 수익을 내지 못하고 있지만 수백~수천%나 높은 가격을 형성하고 있거든요. 또 언제든 다시 떨어질 수 있고 오를 수 있는 주식들입니다.
양자 컴퓨터 관련 미국 회사들
NIST Post-Quantum Cryptography Project
마치며,
구글의 양자컴퓨터 발표 때문에 한때 크게 영향을 받았던 아이온큐의 주가는 다시 또 천정부지로 달려가고 있습니다. 전문가분들은 지금은 절대 살 때가 아니라고 입을 모으고 있고, 단타(트레이딩)로 접근해서 수익을 낼 자신 있는 분들만 도전하고 다시 가격이 낮아졌을 때 들어가라고 합니다. 어쨌든 언젠가는 양자컴퓨터가 상용화될텐데요. 과연 언제 어떻게 모아가야할지 잘 판단해보시기 바랍니다.
고맙습니다.
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