최근 투자 이슈인 양자 컴퓨터란 무엇일까? 관련 기업은?

오늘은 최근 투자 영역 중 이목을 집중받고 있는
“양자 컴퓨터”에 대해 알아보려고 합니다.
 
양자?라는 개념도 생소한데 양자역학?이라는 것을 들어본 적은 있지만,
어떤 개념인지에 대해서는 정확히 이해하기 어려운데요,
 
오늘은 투자이슈로 주목받는 양자컴퓨터라는 주제로부터 파생되는 궁금증을
조금이나마 이해해 보려는 내용을 포스팅하려고 합니다.
 
 
양자 컴퓨터란?
 
양자컴퓨터는 양자역학의 원리를 바탕으로 한 새로운 형태의 컴퓨터라고 하는데요.
 
 
양자역학? 이 무엇일까요.
간단하게는 원자/전자 등 아주 작은 입자가 상호작용하는 방식을 설명하는 물리학의 분야입니다. 고전물리학의 법칙에서는 적용되지 않는 법칙들이 다뤄지는데요. 양자역학 범위에서의 특징은 무엇이 있을까요?
 

 
양자화 : 에너지가 불연속적으로 전재하고, 특정한 양자단위로 나눠진다는 개념입니다.
파동/입자 이중성 : 입자가 파동과 같은 성질을 동시에 갖는다는 개념입니다. 빛이 입자와 파동의 특성을 모두 갖는 것과 같은 특성을 떠올리면 되겠죠?
불확정성 원리 : 하이젠베르크(학창 시절 교과서에 나왔던...)의 이론으로 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확하게 알 수 없다는 개념입니다.(점점 어려워 지죠?)
상태중첩 : 입자가 동시에 여러 상태에 있을 수 있다는 개념입니다. 이 개념을 이용해 양자컴퓨터의 기본단위인 큐비트가 0 또는 1을 동시에 가진다는 것이죠?
얽힘 : 2개 입자가 밀접하게 연결되어 있으면, 한 입자의 변화가 다른 입자에 바로 영향을 주는 개념입니다. 이는 양자 컴퓨터의 속도와 연관이 있다고 하는데요.
 
한마디로 양자역학을 이용한 컴퓨터가 양자 컴퓨터가 되겠고,
이 기술을 연구하는 이유는 양자역학의 특성들이 현재 이용하는 컴퓨터 방식보다
효율적으로 개선될 수 있는 가능성 때문인 것으로 생각됩니다.
 
 
큐비트? 란 무엇일까요.
큐비트는 컴퓨터의 비트처럼 양자컴퓨터의 기본단위입니다.
큐비트는 양자역학의 특성인 “중첩”현상을 보여 0과 1 값을 동시에 가집니다.
또한 “얽힘”현상으로 2개의 큐비트가 긴밀히 연결되어 있어 하나의 큐비트 상태가 다른 큐비트의 상태에
즉각적으로 영향을 미치는 특성이 있습니다. 이 특성이 양자컴퓨터의 속도개선에 영향을 주고 있고요.
 
한 가지 더, 양자컴퓨터에서 활용하는 양자역학의 특성으로 “양자 터널링”이 있습니다.
 
양자 터널링이란?
입자가 에너지 장벽을 통과하는 현상으로, 양자컴퓨터가 복잡한 문제를 최적화할 때 유용한 기능입니다. 전통적인 컴퓨터는 에너지 장벽을 넘지 못하지만, 양자컴퓨터는 이 특성을 통해 더 빠르게 답을 찾을 수 있습니다.
 

양자 터널링은 양자역학의 독특한 현상 중 하나로, 입자가 에너지 장벽을 넘는 과정을 설명합니다. 고전 물리학에서는 입자가 에너지 장벽을 넘으려면 충분한 에너지를 가져야 하지만, 양자역학에서는 입자가 에너지 장벽을 무시하고 지나갈 수 있는 확률이 존재합니다.
 
예를 들어, 에너지 장벽이 있는 상태에서 입자는 원래 통과할 수 없는 상황에서도 터널링 효과를 통해 반대편으로 이동할 수 있습니다. 이는 마치 산을 넘지 않고 바로 산을 통과하는 것처럼 보일 수 있습니다. 이 현상은 아주 작은 입자, 예를 들어 전자와 같은 양자 입자들에서 관찰됩니다.
 
양자터널링은 확률적으로 발생하고, 확률은 에너지장벽의 두께와 높이에 따라 결정되는데요. 반도체 소자나 전자기기 등에서도 활용된다고 하네요.
 
양자컴퓨터에서는 복잡한 연산을 빠르게 수행하고, 여러 가지 계산을 동시에 수행할 수 있으며, 최적화 문제를 해결하는 데 사용한다고 합니다.
 
그 외에도 빠른 속도로 동작하는 반도체 소자(터널링 다이오드), 플래시 메모리(최근 반도체 관련 뉴스에서도 언급되는 단어이죠?) 스캐닝 터널링 현미경(원자 표면 관찰 현미경) 등에 활용된다고 합니다.
 
 
위처럼 양자컴퓨터의 장점이 많이 부각되고 있지만, 활용을 위한 기술발전은 아직 이뤄지지 않았는데요,
 
그렇다면 양자 컴퓨터 기술의 한계점에는 무엇이 있을까요?
 
쿨링의 어려움 : 양자 비트는 매우 작은 단위를 다루는 문제임을 고려해 봤을 때, 매우 민감해서 외부 환경의 작은 변화로도 쉽게 상태를 바꿔버립니다. 이로 인해 양자 비트을 오랫동안 안정적으로 유지하는 것이 어렵습니다

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2. 현재의 양자 컴퓨터는 몇 개의 양자 비트를 처리할 수 있을 뿐이며, 이는 전통적인 비트와 비교했을 때 매우 적습니다
 
3. 오류율 : 양자 비트는 오류율이 높아서, 오류를 검출하고 수정하는 것이 중요합니다.
 
4. 크기 문제 : 양자 비트를 더 많이 추가하고, 이를 효율적으로 제어하는 것이 어렵습니다.
 
5. 알고리즘 : 양자 컴퓨터에 맞는 새로운 알고리즘을 개발하고, 이를 최적화하는 것도 중요한 도전 과제입니다.
 
위와 같은 제한사항을 극복하기 위해 빅테크 기업에서는 많은 노력을 하고 있습니다.
 
 
양자 컴퓨터 기술을 발전시키기 위해 노력하고 있는 기업들은 어디일까요?
 
IBM, 구글, 마이크로소프트, 인탤, 리게티 컴퓨팅이 있는데요.
IBM은 양자 컴퓨터 연구를 선도하며, 최근에는 127 qubit 양자 비트를 달성한 IBM Quantum Hummingbird이라는 기계를 개발했습니다.
구글은 2019년에 53 qubit 양자 비트를 달성한 Sycamore 양자 프로세서를 발표했습니다.
마이크로소프트는 양자 프로그래밍 언어인 Q#와 함께 양자 컴퓨터 연구를 진행하고 있습니다.
인텔은 양자 비트를 늘리기 위해 다양한 연구를 진행하고 있으며, 리게티 컴퓨팅은 양자 프로세서를 개발하고, 클라우드 기반의 양자 컴퓨팅 서비스를 제공하고 있습니다.
 
양자 컴퓨터의 제한사항이 다방면인 만큼, 각 기업에서도 중점적인 연구분야를 찾아 개발 중인 것으로 보이는데요. 위 회사들 중에서 양자 컴퓨터 시장을 선점할 기업들은 어디가 될지, 기대가 됩니다.
 
요즘 들어 반도체, AI, 2차 전지 등 다양한 기술발전과 이에 대한 기대로 다양한 투자가 이뤄지고 있는데요.
 
과거 닷컴 버블과 같은 거품으로 끝이 날지, 아니면 새로운 생산성 향상으로 이어져 생각지 못한 기술발전을 보게 될지 기대가 되는 시점입니다.
 
앞으로도 이 분야가 어떻게 발전될지 주목해야 하는 점을 필수적일 것으로 생각되네요.
 
양자 컴퓨터에 대한 다양한 정보를 공부해 보시고,
같이 공유해 보는 건 어떠실까요? ㅎ
 
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지구별 여행에 큰 도움이 될 것 같네요^^
 
긴 글 읽어주셔서 감사합니다. 또 뵙겠습니다.^^