양자 컴퓨터 상용 화 시대 의 개막 - 테크 레시피 
 지난 1 월 8 일 ( 현지 시간 ) 지니 로메티 ( Virginia Marie Rometty ) IBM CEO 가 CES 2019 기조연설 에 나섰 다 . 이 자리 에서 IBM 은 몇 가지 새로운 기술 을 선보였 지만 그 중 에서 도 눈길 을 끄 는 건 새로운 컴퓨터 였 다 . 바로 IBM 큐 시스템 원 ( IBM Q System One ) 이 다 . 
 이 제품 은 실제 성능 을 떠나 의미 하나 만큼 은 충분 한 가치 를 지니 고 있 다 . 세계 에서 처음 으로 상용 화 를 시도 하 는 양자 컴퓨터 ( Quantum Computer ) 이 기 때문 이 다 . 
 IBM 큐 시스템 원 은 한 면 이 2 . 7 m 인 입방체 안 에 양자 컴퓨터 본체 를 장착 한 형태 를 취하 고 있 다 . 두께 13 mm 짜리 유리 로 둘러싼 박스 는 기밀 성 이 높 고 프레임 은 알루미늄 과 스틸 재질 로 만들 었 다 . 내부 에 는 저장 이나 제어 전자 장치 를 분리 해 유지 보수 를 염두 에 뒀 다 . 알루미늄 과 스틸 프레임 으로 본체 를 둘러싼 건 위상 잡음 이나 양자 일관성 등 을 위해 잠재 적 진동 간섭 을 피하 기 위한 고려 가 반영 된 결과 다 . 
 이 제품 은 범용 양자 컴퓨터 를 표방 한다 . 크기 가 작 다고 할 수 는 없 지만 실험실 에 있 던 기존 대형 양자 컴퓨터 와 견주 면 콤팩트 한 편 이 고 단독 작동 하 는 형태 여서 기업 이 구입 해 쓸 수 있 다 . 양자 컴퓨터 의 문턱 자체 를 낮춰줄 가능 성 을 보여 줬 다고 할 수 있 다 . 
 이유 는 이렇 다 . 이제껏 양자 컴퓨터 를 안정 적 으로 이용 하 려면 거대 한 냉각 시스템 이 필요 했 다 . 이런 이유 로 연구실 같 은 대 규모 시설 에서 나 쓸 수 있 었 던 것 . 2 . 7 m 사방 입방체 에 양자 컴퓨터 를 집어넣 었 다는 건 “ 너무 크다 ” 가 아니 라 “ 이렇게 작아졌 다 ” 는 쪽 이 맞 는 표현 일 듯 싶 다 . 
 IBM 큐 시스템 원 은 재현 성 이 있 고 예측 가능 한 고품질 양자 비트 를 얻 기 위해 자동 보정 되 도록 설계 한 양자 컴퓨터 하드웨어 , 저 온 고립 양자 환경 제공 을 위한 극저온 공학 , 양자 비트 다수 를 엄격 하 게 제어 하 는 정밀 전자 기기 , 클라우드 에 안 전하 게 접근 하 고 양자 알고리즘 의 하이브리드 실행 환경 을 제공 하 는 기존 컴퓨팅 시스템 등 5 가지 사용 자 정의 구성 요소 로 이뤄져 있 다 . 
 물론 이 컴퓨터 의 능력 은 20 큐비트 ( Qubit ) 여서 단순 비교 는 어렵 겠 지만 기존 컴퓨터 에서 도 현실 적 으로 연산 할 수 있 는 범위 내 가 아니 냐는 말 이 나오 기 도 한다 . 하지만 앞서 밝혔 듯 양자 컴퓨터 상용 화 에 대한 첫 시도 라는 점 을 감안 한다면 단순 연산 성능 하나 이상 의 가치 는 충분 할 수 있 다 . 
 다시 얘기 를 풀 자면 양자 컴퓨터 에 대한 관심 이 늘어나 는 이유 는 현재 컴퓨터 의 한계 와 관계 가 있 다고 할 수 있 다 . 
 사실 컴퓨터 의 구성 요소 는 기억 장치 와 연산 장치 , 제 어 장치 등 단순 하 다 . 컴퓨터 에 는 칩 과 모듈 , 논리 게이트 , 트랜지스터 가 있 다 , 트랜지스터 라는 건 간단 하 게 말 하 면 스위치 다 . 정보 를 흘리 거나 혹은 멈춘다 . 
 논리 게이트 는 간단 한 연산 을 처리 한다 . AND 게이트 라면 모두 1 이 라면 1 을 보내 고 그렇 지 않 으면 0 을 보낸다는 정말 단순 한 형태 다 . 하지만 이것 역시 결합 을 하 면 덧셈 이 가능 해 지 고 곱셈 도 할 수 있 는 등 모든 계산 을 처리 할 수 있 게 된다 . 여기 에 필요 한 건 간단 한 계산 을 위한 묶음 만 있 으면 된다 . 간단 하 지만 그 수 가 늘어나 면 물리학 이나 복잡 한 3 D 게임 플레이 까지 처리 할 수 있 다 . 
 문제 는 여기 부터 다 . 물질 이 작아지 면 양자 의 성격 이 나타난다 . 앞서 밝혔 듯 트랜지스터 는 전기 스위치 이 며 전류 는 전자 의 움직임 이 다 . 스위치 는 이런 흐름 을 차단 한다 . 지금 사용 중 인 트랜지스터 크기 가 14 nm 제조 공정 을 보통 이용 한다 . 이 는 HIV 바이러스 와 견줘 도 8 분 의 1 크기 에 불과 하 고 적혈구 의 500 분 의 1 수준 이 다 . 인텔 이 10 nm 양산 을 발표 했 지만 이미 무어 의 법칙 을 지키 기 어려운 상태 가 된지 오래 다 . 
 어쨌든 이 정도 크기 까지 작아지 면 전자 는 터널 효과 ( tunnel effect ) 에 의해 벽 을 빠져 나와 버린다 . 일정 한 확률 로 장벽 의 바깥쪽 으로 나오 게 되 는 것 . 기술 이 물리 적 한계 에 도달 하 고 있 는 것 이 다 . 
 앞서 언급 했 듯 양자 얽힘 현상 이 있 다 . 이 는 큐빗 2 개 가 떨어져 있 어도 동시 에 같 은 상태 가 되 는 걸 말 한다 . 하나 만 봐도 다른 것 의 상태 를 알 수 있 게 되 는 것 이 다 . 
 하지만 양자 비트 작업 은 어렵 다 . 논리 게이트 는 입력 하나 에 출력 하나 지만 양자 컴퓨터 의 양자 게이트 는 입출력 이 복잡 하 다 . 큐빗 에 넣 은 입력 이 양자 게이트 를 통해 얽힌 걸 관찰 하 면 가능 한 계산 이 모두 동시 에 이뤄지고 있 다 . 문제 는 얻 고 싶 은 결과 는 이 중 하나 라는 것 이 다 . 이 를 찾아내 야 하 는 수고 가 필요 한 것 . 
 이런 문제 가 있 지만 양자 의 특성 을 잘 이용 하 면 빠른 계산 이 가능 하 다 . 예 를 들 어 데이터베이스 검색 . 기존 데이터베이스 검색 은 모든 요소 를 참조 할 필요 가 있 었 던 만큼 뭔가 를 조사 하 려면 하나 하나 데이터 를 참조 할 필요 가 있 었 고 당연히 시간 이 오래 걸렸 다 . 하지만 양자 알고리즘 은 이 보다 제곱근 의 시간 이 면 검색 할 수 있 다 . 다시 말 해 100 만 초 걸렸 던 검색 이 라면 1 , 000 초 에 끝낼 수 있 다는 얘기 다 . 
 시뮬레이션 에 이용 할 수 도 있 다 . 시뮬레이션 은 방대 한 계산 이 필요 한 분야 다 . 그 밖 에 양자 역학 자체 연구 에 도 당연히 쓸 수 있 다 . 의학 발전 에 도 도움 을 줄 수 있 는 건 물론 . 기존 컴퓨터 가 해결 할 수 없 던 새로운 물질 이나 약품 발견 , 복잡 한 주식 시장 계산 , AI 연구 개발 등 높 은 연산 능력 을 필요 로 하 는 분야 에서 활약 할 수 있 다는 얘기 다 . 
 구글 은 오래 전 부터 양자 컴퓨터 를 목표 로 해 왔 다 . 구글 은 디 웨이브 ( D - Wave ) 를 인수 한 이후 이 양자 컴퓨터 기술 을 기반 으로 개발 을 진행 해 왔 고 2014 년 에 는 디 웨이브 2 성능 테스트 를 진행 하 기 도 했 다 . 
 인텔 역시 2017 년 17 큐비트 처리 성능 을 갖춘 초전 도 칩 프로토타입 생산 에 성공 했 다고 밝혔 다 . 과학 잡지 네이처 는 2017 년 을 기점 으로 양자 컴퓨터 가 연구 에서 개발 단계 로 이행 될 것 이 라고 밝히 기 도 했 다 . 
 다시 IBM 얘기 로 돌아가 면 IBM 은 2017 년 클라우드 를 기반 으로 양자 컴퓨팅 을 써볼 수 있 게 해 주 는 서비스 인 IBM Q 익스 피리 언스 ( Q Experience ) 를 발표 했 다 . Q 익스 피리 언스 는 지금 까지 670 만 건 이 넘 는 실험 을 수행 했 고 130 건 이상 연구 논문 에 협력 을 해 왔 다고 한다 . 
 IBM 은 또 같 은 해 IBM Q 네트워크 ( IBM Q Network ) 프로그램 을 시작 했 다 . 이 프로그램 은 20 큐비트 클라우드 기반 IBM Q 시스템 등 양자 컴퓨팅 개발 자원 을 제공 해 양자 컴퓨팅 생태 계 확대 에 기여 하 려는 목적 으로 시작 한 것 이 다 . 여기 에 는 삼성전자 와 JP 모건 체이스 , 다임러 AG , 미국 오크리지 국립 연구소 와 유럽 입자 물리 연구소 ( CERN ) 또 옥스퍼드 , 멜버른 대학 등 12 개 기업 이나 기관 이 참여 했 다 . 
 이 과정 을 거쳐 IBM 은 드디어 첫 상용 화 모델 인 IBM 큐 시스템 원 을 발표 한 것 이 다 . IBM 은 제품 발표 당시 올해 하반기 를 목표 로 미국 뉴욕 에 IBM Q 퀀텀 컴 퓨 테 이 션 센터 ( IBM Q Quantum Computation Center ) 를 열 겠 다고 밝히 기 도 했 다 . 양자 컴퓨팅 데이터 센터 를 개설 하 겠 다는 것 이 다 . 이 를 통해 자사 의 상용 화 양자 컴퓨팅 프로그램 도 확대 , 연구 기관 이나 기업 접근성 을 확장 할 것 으로 보인다 . 이 는 Q 익스 피리 언스 부터 이 어온 클라우드 기반 양자 컴퓨팅 생태 계 의 확장 전략 이 라고 할 수 있 다 . 
 어쨌든 IBM 큐 시스템 원 은 지금 까지 실험실 속 에 머물 던 양자 컴퓨터 를 일반 기업 도 도입 할 수 있 게 됐 다는 혹은 가능 할 수 있 게 해 줬 다는 의미 가 있 다고 할 수 있 다 . 관련 내용 은 이곳 에서 확인 할 수 있 다 .