양자컴퓨팅에 투자하는 IBM이 캐나다 퀘백주정부와 손잡는다. 로이터 등 외신의 최근 보도에 따르면, IBM이 ‘퀀텀 시스템 원’이라고 알려진 양자 컴퓨터를 캐나다에 처음 배치한다. 해당 컴퓨터는 2023년 초까지 퀘벡주 브로몬트 공장에 적용될 예정이다.

IBM과 퀘백주는 양자컴퓨팅 기술을 배터리 개발부터 적용해 사용처를 늘려나간다는 계획을 세웠다.앤서니 안눈지아타(Anthony Annunziata) IBM 퀀텀 컴퓨팅 총괄 이사는 최근 수요가 증가하고 있는 배터리 기술을 개발하는 데 양자컴퓨팅이 도움이 된다고 강조했다.

그는 “배터리 기술은 느리게 발전하고 있으나, AI와 양자컴퓨팅 기술을 도입하면 배터리 제조 과정에서 일어나는 일을 더 효율적으로 예측할 수 있다”며 “이를 기반으로 신소재와 공정법 개발도 할 수 있다”고 말했다.

양자컴퓨터는 양자로 연산 처리를 하는 컴퓨터를 말한다. 기존 컴퓨터는 0과 1로 표기되는 트랜지스터 게이트를 통해 연산 처리를 했다. 컴퓨터가 이진법을 사용하는 이유도 이 때문이다. 0과 1만으로 데이터를 표기하며, 그 사이의 숫자는 따로 존재하지 않는다. 두 가지 숫자로만 표기하기 때문에, 온·오프 형태라고 볼 수 있다.

하지만 양자컴퓨터는 온·오프 개념에서 확률 개념으로 넘어가게 된다. 양자컴퓨터는 평면상에 있는 소자로 데이터를 표기하고, 연산한다. 기존 트랜지스터 게이트는 0과 1이 일직선상에 있는 1차원 개념이었고, 양자컴퓨터의 양자는 여기에 높이가 더해져 평면 형태를 띠는 2차원 개념이다.

평면 개념으로 데이터를 나타내다 보니 0과 1을 동시에 표기할 수 있고, 그 사이에 있는 숫자로 데이터를 표기할 수도 있다. 또한, 양자 특성상 관측하기 전까지 소자의 위치를 명확하게 파악할 수 없으나, 소자가 위치할 가능성이 있는 범위는 정할 수 있다. 이 0과 1을 동시에 표기할 수 있는 양자컴퓨터의 단위를 큐비트(Quantum bit, Q bit)라고 부른다.

큐비트 상태도. 2차원의 평면 원 위를 움직이는 개념이라고 생각하면 된다.

여러 개의 양자를 배치하면, 각 소자는 범위를 공유하며 데이터 처리·저장에 영향을 준다. 이 현상을 양자역학에서는 중첩·얽힘이라고 한다. 이 같은 현상이 나타나면 하나의 큐비트가 작동하면서 중첩된 큐비트도 함께 작동하게 한다. 한 번의 데이터 입력으로 여러 큐비트가 작동하는데 그 범위가 일직선 상으로 작동하던 기존 컴퓨터와는 차원이 다르다. 따라서 양자컴퓨터를 사용하면 기존 슈퍼컴퓨터를 능가하는 범주의 병렬 처리도 가능해진다.

IBM은 양자컴퓨팅 시장에서 앞서고 있는 기업 중 하나라는 평가를 받고 있다. 시장조사업체 CB인사이트는 IBM이 양자컴퓨팅 하드웨어 개발에 많은 투자를 하는 기업 중 하나라고 설명했다. CB인사이트 보고서에 따르면, IBM은 미국 특허청에 100건 이상의 양자컴퓨팅 관련 특허를 출원했는데, 이는 마이크로소프트, 구글, 인텔, 아마존 등 타 경쟁사의 특허 합계를 상회하는 수치다.


지난 2021년 11월에는 IBM이 퀀텀 서밋(Quantum Summit)에서 127큐비트 처리가 가능한 ‘이글’ 양자컴퓨팅 프로세서를 공개했다. 언론은 IBM의 해당 성과에 대해 “양자 우위(Quantum Advantage) 단계로 가기 위한 중요한 이정표 중 하나”라고 보도했다. 양자 우위는 양자컴퓨터가 기존 컴퓨터의 성능을 앞지르는 것을 말한다.

하지만 여전히 양자컴퓨터는 상용화라는 난제를 안고 있다. 양자컴퓨팅 기술을 구현하기 위해서는 양자를 하나하나 떼어내 큐비트를 유지하도록 만들어야 한다. 이를 위해 각 기업은 초전도체와 고도의 방음 설비를 갖추고 양자컴퓨터를 구동한다. 또한 절대온도(-273.15°C)나 이보다 조금 높은 온도에서 컴퓨터를 실행한다. 이 조건을 갖추지 않으면 큐비트를 유지할 수 없으며, 양자 운동을 해버리게 돼 안정성이 사라진다. 따라서 각 기업은 양자 우위 달성과 더불어 양자컴퓨터 상용화에 관한 기술 연구도 필요할 전망이다.

글. 바이라인네트워크
배유미 기자 youme@byline.network