"오류 잡아라"…양자컴퓨터 상용화 성패 달렸다

<앵커>

슈퍼컴퓨터보다 더 복잡한 계산을 할 수 있을 것으로 기대되는 양자컴퓨터 기술 개발에 전 세계 빅테크가 뛰어들고 있습니다. 구글에 이어 마이크로소프트도 새로운 양자칩을 개발했다고 밝혔는데요. 상용화 전망은 엇갈립니다.

젠슨 황 엔비디아 최고경영자는 20년, 구글은 5년으로 내다봤는데, 관건이 뭐고 우리는 어디까지 왔는지 정구희 기자가 취재했습니다. 

<기자>

마이크로소프트의 양자 컴퓨터 칩은 이론상으로만 존재하던 새로운 물질, 마요라나를 이용했습니다.

[크리스타/마이크로소프트 연구원 : 작년에 우리는 마요라나를 발견했고, 올해는 이걸 조종할 수 있게 됐습니다.]

이를 이용해 양자컴퓨터의 정보 처리 단위인 '큐비트'를 구현했다는 겁니다.

[지성대/한국원자력연구원 책임연구원 : 오류에 의해서 양자 상태가 깨지는 문제를 근본적으로 보호할 수 있는 가장 이상적인 양자 컴퓨팅 구현 방식이라고.]

우리가 쓰는 컴퓨터는 전기가 흐르지 않을 때는 0, 흐를 때는 1, 두 가지로만 정보를 표현합니다.

양자 컴퓨터는 여기에 더해 0일 수도 있고, 1일 수도 있는 중첩 상태로 정보를 표출합니다.

이를 '큐비트'라고 합니다.

큐비트는 전자나, 전류, 이온 등을 이용해 실제로 구현할 수 있습니다.

가장 쉬운 방식은 초전도체에 흐르는 전류를 이용하는 겁니다.

이미 1천 큐비트를 달성한 IBM의 양자컴퓨터나 우리나라 표준과학연구원이 독자적으로 만든 20큐비트 양자컴퓨터도 이 방식을 이용합니다.

이상적인 양자컴퓨터를 구현하려면 절대 0도인 영하 273도까지 온도를 내려야 하는데, 실제론 물리적 한계로 0.01도가 높습니다.

하지만, 이 정도 열로도 오류가 발생합니다.

열 뿐만 아니라 전자기파나 큐비트 서로 간의 간섭에 의해 쉽게 망가지고, 잘못 계산되는 '양자 오류'가 발생하는 겁니다.

그래서 모두가 오류를 줄이고 정정하는 데 사활을 걸고 있습니다.

이론적으론, 큐비트를 많이 늘리면 양자 오류를 잡을 수 있습니다.

100만 개의 큐비트가 있다면 통신 암호 해독도 가능해집니다.

마이크로소프트의 마요라나는 칩 하나에 큐비트 8개가 탑재됐습니다.

이렇게 보면 이미 1천 큐비트 컴퓨터를 실현한 초전도 방식이 앞선 것 같지만, 초전도 방식은 100만 큐비트로 확장하려면 더 복잡한 설계와 거대한 냉각 시스템이 필요합니다.

마요라나 칩은 환경 영향이 적어 이론적으론 오류 발생이 적습니다.

하지만 칩을 만드는 방법만 공개돼 연산 기능을 하는지도 알 수 없습니다.

[지성대/한국원자력연구원 책임연구원 : 아직까지 싱글 큐비트 오퍼레이션 연산을 하는 데까지는 이르지 못한 것으로 보여요. 발표를 미루고 있는 건지.]

한국표준과학연구원은 중성 원자나 이온 활용을 연구하고 있습니다.

초전도보다 연산속도는 느리지만, 큐비트 수를 늘리기 쉽고, 냉각 비용도 적습니다.

[문종철/한국표준과학연구원 책임연구원 : 많은 수의 물리 큐비트를 확보할 수 있는 플랫폼이 양자 오류 정정을 하게 일단은 선호되겠죠. 중성 원자 같은 경우는 이제 그런 면에서 굉장히 유리한.]

결국 어떤 방식이 가장 효율적으로 오류를 잡는지가, 양자 컴퓨터 실용화의 성패를 가를 걸로 보입니다.

(영상취재 : 하 륭, 영상편집 : 윤태호)