수퍼 컴퓨터를 능가하는 양자 우위 `퀀텀 컴퓨팅` 올해 말 가능성

네븐의 법칙(Neven’s Law)이 성립한다면, 양자우위(Quantum supremacy) 퀀텀 컴퓨터가 올해 말까지 나올 가능성이 있다. 쇼어가 논문을 발표한 후 사람들은 이를 주목했고 이것이 고전적인 컴퓨팅과는 완전히 다르며 잠재적으로 더 강력하다는 것을 깨달았다. 쇼어 알고리즘이 처음 등장한 이후 20여년간 다양한 알고리즘이 제시됐지만 사람들은 여전히 양자 컴퓨팅 현실화를 기다리고 있다.

그럼에도 학계와 업계 컴퓨터 과학 전문가들은 양자 컴퓨팅이 믿기 힘든 약속이며 실현 가능성에 회의적이다. 네븐은 지난 5월 구글의 퀀텀 스프링 심포지엄에서 구글의 양자 프로세서의 놀라운 성장에 대해 공개하고 그의 이름을 딴 ‘네븐의 법칙(Neven’s Law)을 제시했다.

구글 퀀텀 AI랩(Quantum Artificial Intelligence Lab) 네븐은 “(고전 컴퓨팅에 비해) 양자 컴퓨팅 능력이 이중지수적으로 증가하는 것 같다”며 “아무 일도 일어나지 않는 것처럼 보이지만 갑자기 다른 세계에 있게 된다. 우리가 여기서 겪고 있는 일이 바로 그렇다”고 말했다.

이중지수 성장

네븐에 따르면, 구글이 양자 컴퓨터 칩에서 구현되는 놀라운 성장률에는 두 가지 요소가 결합됐다.

첫번째는 단순히 양자 컴퓨팅이 고전적인 컴퓨터에 비해 갖는 자연 지수적 이점이다. 비트는 특정 시점에서 1 또는 0의 한 상태만 가능했다면, 중첩 큐비트는 1과 0 둘 다 가능하다. 추가된 각 큐비트(qubit)에 대한 데이터를 표현하고 처리하는 측면에서 큐비트 t가 기하급수적으로 더 효율적이 된다.

양자 프로세서에 지정된 수의 큐비트 n에 대해, 그들은 2n 고전 비트와 동일한 양의 데이터를 보유하거나 같은 작업을 한다. 2큐비트는 4비트, 4큐비트는 16비트, 16큐비트는 65,536비트 에 해당하는 것과 같다.

둘째, 구글은 양자 프로세서를 개선하는데 더 직접적으로 관련이 있다. 네븐에 따르면, 구글 최고 양자 프로세서는 ‘IBM Q System One’에서도 볼 수 있는 기하급수적인 속도로 향상되고 있다. 네븐은 이 둘을 결합하면 고전적인 컴퓨팅에 비해 양자 컴퓨팅의 두 배이상 기하급수적인 성장률을 얻게 될 것이라고 말한다.

무어의 법칙에서는 마이크로칩 성능이 1970년대부터 2년마다 두 배로 증가했다. 구글은 월 단위로 프로세서의 파워를 기하급수적으로 늘리고 있다. 2018년 이후 2019년 말까지 구글의 양자 컴퓨팅 프로세서 위력은 24096배에서 28192배가 될 전망이다.

네븐은 테스트를 시작한지 겨우 3개월 후인 2월까지, 더 이상 구글의 양자 컴퓨터의 계산 결과를 재현할 수 있는 고전적인 컴퓨터가 없었다. 이는 노트북이 불과 두 달 전에 수행했던 연산이다. 이는 양자 컴퓨터가 양자 알고리즘을 시뮬레이션하는 슈퍼컴퓨터를 앞으로 몇 개월 만에 능가하기 시작하는 ‘양자우위(quantum supremacy)’가 가능함을 보여준다.

회의론

컴퓨팅 파워 증가는 절대적 척도가 아닌 상대적이다. 고전 컴퓨팅은 계속 발전 중이다. 고전 컴퓨터의 효율을 향상시키는 새로운 알고리즘 개발도 계속되고 있다. 양자 컴퓨팅의 핵심이론과 컴퓨터과학의 상당 부분은 여전히 새로 작성, 논의 되고 있으며, 고전 컴퓨팅에 비해 이중지수 성장이 실제로 일어나고 있는지에 대해 의구심을 갖는 사람들이 있다.

구글이 양자 프로세서에 대해 주장한 급속한 발전을 그저 과소평가하거나 이의를 제기하기에는 충분하지 않다. IBM은 양자우위에 대한 그들의 예측에서 더 보수적이다. 그들은 약 3년 안에 양자우위를 달성할 수 있다고 확신한다. 불과 5년 전만해도 많은 사람들은 상용 양자 컴퓨터가 2025~2030년에도 불가능할 것으로 생각했다.

구글이나 IBM 혹은 다른 누군가가 진정한 양자우위를 달성하게 되면 양자 컴퓨팅 하이프 논란도 그칠 것이다. 결과는 올해 말 보게될 가능성이 높다.

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