김윤수의 퀀텀점프 | 연재 | 구독+

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김윤수의 퀀텀점프

엔비디아가 ‘국가 양자 이니셔티브’ 앞장서는 이유는

엔비디아는 28일(현지 시간) 자사 블로그를 통해 ‘과학의 가속화: 새로운 국가양자이니셔티브(NQI)를 위한 청사진’이라는 제목의 기고문을 공개했습니다. NQI는 미국이 2018년 양자 과학기술 분야 패권 확보를 위해 국가적 지원을 포괄적으로 담은 법입니다. 미국 상원은 이달 8일 공화·민주 양당 의원들 공동으로 NQI 재승인 법안을 발의했습니다. 이제 단순히 연구개발(R&D)을 넘어 산업과 응용 분야로 지원을 확대해야 한다는 취지입니다. 실제로 법안은 민관 협력을 통한 양자 응용프로그램과 알고리즘 개발, 미국 항공우주국(NASA)의 양자 위성통신·센싱 연구 등을 지원한다는 내용을 담았습니다. 인공지능(AI) 반도체 기업인 엔비디아가 NQI 재승인을 촉구하는 이유는 법안에 지원 규정으로 담긴 양자 응용 분야가 AI와도 긴밀한 관계이기 때문입니다. 엔비디아 스스로는 ‘가속 양자’, 더 일반적으로는 양자컴퓨터와 그래픽처리장치(GPU) 기반 슈퍼컴퓨터를 결합하는 ‘양자·AI 하이브리드’ 전략은 양자컴퓨터 상용화에 맞춰 세계적으로 주목받고 있습니다. 양자와 AI의 특장점을 합쳐 연산 성능을 극대화는 것이죠. 특히 양자컴퓨터 입장에
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‘슈뢰딩거의 고양이’ 실제로 가능할까…사상 최대 양자실험 성공

‘슈뢰딩거의 고양이’는 살아있는 동시에 죽어있는 반생반사(半生半死)의 고양이로 흔히 묘사됩니다. 원자나 전자 같은 작은 입자는 동시에 여러 곳에 존재하는 등 여러 상태를 동시에 가질 수 있습니다. 0과 1의 정보를 동시에 갖는 양자컴퓨터 큐비트의 원리이기도 한 ‘양자중첩’ 현상이죠. 고양이처럼 큰 일상의 존재나 사물은 양자중첩 상태가 되기 매우 어렵습니다. 일상에서는 주변 공기나 빛처럼 양자중첩을 깨뜨리는 외부 변수들이 너무 많기 때문이죠. 고양이까지 갈 것도 없이 매우 작은 큐비트만 하더라도 외부 변수들로 인해 양자중첩이 깨지고 계산 오류를 야기하는 문제가 제대로 해결되지 않았죠. 이론적으로는 고양이도 다른 입자나 에너지로부터 거의 완전히 차단된다면 동시에 여러 상태를 갖는 양자중첩이 될 수 있습니다. 현실에서는 질식하거나 얼어서 죽겠지만 이론적으로는 그렇습니다. 만약 실험을 잘 설계해서 양자중첩 상태의 입자가 화학 반응을 일으키는 동시에 일으키지 않아서, 연쇄적으로 화학 반응으로 독가스가 방출되는 동시에 화학 반응 없이 방출되지 않는다면, 밀폐실에 갇힌 고양이는 그 독가스를 마셔 죽는 동시에 독가스가 안 나와서 생존할
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구글 양자칩의 진화…오류 잡는 신기술 또 등장

구글은 2024년 12월 양자컴퓨터 칩 ‘윌로’를 선보이며 글로벌 최고 수준의 오류 정정 기술을 강조했습니다. 외부 환경의 영향에 취약하다는 양자컴퓨터의 단점을 보완할 기술이죠. 구글은 오류 정정이 양자컴퓨터 상용화의 관건이라고 보고 기술 고도화에 집중해왔습니다. 그 결과 윌로 출시 1년여 만인 최근 또다른 신기술 개발 성과를 거뒀습니다. 구글은 13일(현지 시간) 자사 블로그를 통해 새로운 오류 정정 기술 ‘다이내믹 서피스 코드(동적 표면 코드)’를 공개했습니다. 표면 코드는 윌로 공개 당시 핵심 기술로 함께 소개됐던 기술인데요. 이를 한층 더 고도화했다는 겁니다. 구글이 동적 표면 코드와 대비시켜 표현한 기존 ‘정적 표면 코드’부터 다시 무엇인지 상기해보겠습니다. 양자컴퓨터는 0과 1의 정보를 동시에 가진 큐비트라는 입자 단위로 계산을 합니다. 다만 큐비트는 외부 영향에 취약해서 0을 1로, 또는 1을 0으로 잘못 계산할 수도 있습니다. 이에 여러 큐비트 여러 개에게 같은 계산을 맡겨서 계산 결과를 교차 검증하는 방식으로 오류를 줄이는 방식이 쓰이고 있습니다. 같은 계산을 하는 여러 큐비트들의 집합을 ‘논리적 큐비트’라
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젠슨황이 찍은 ‘양자·AI 데이터센터’, 한국도 상용화한다

양자기술 전문기업 QAI가 올해 1분기 서울 강남구 청담동에 ‘양자·인공지능(AI) 하이브리드(혼합형) 데이터센터’를 개소하겠다고 밝혔습니다. 기존 그래픽처리장치(GPU) 위주의 AI 데이터센터에 양자컴퓨터 칩, 즉 양자처리장치(QPU)를 함께 넣고 필요한 기업·기관에 연산 자원을 클라우드로 제공하겠다는 거죠. QPU와 GPU 간 시너지는 앞서 젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)를 인용해 설명한 적 있습니다(참고 기사: 양자컴 낙관론자 된 젠슨 황…“양자·GPU 통합” [김윤수의 퀀텀점프]). QPU는 특유의 병렬 연산을 통해 신약 후보 물질 발굴처럼 수많은 경우의 수 중 최적의 선택지를 찾는 문제에 강합니다. 그렇다고 항상 GPU보다 뛰어난 것은 아니죠. GPU는 오늘날 AI 서비스를 구현하는 두뇌 칩으로서 비교적 덜 복잡한 대신 속도가 중요한 계산에 유리합니다. 둘을 모두 구비해 상호보완적으로 쓴다는 게 하이브리드 데이터센터의 개념입니다. 황 CEO가 1년 전 연례 개발자 회의 ‘GTC 2025’에서 사상 첫 양자세션 ‘퀀텀데이(양자의 날)’를 열고 자사 GPU와 협력사 QPU의 하이브리드 데이터센터인 ‘가속 양자 연
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양자컴 '오류정정' 난제 풀릴까…구글 이어 中 “임곗값 달성”

구글은 지난해 12월 양자프로세서(QPU·양자칩) ‘윌로’를 공개하며 양자컴퓨터 핵심 성능인 ‘오류정정’ 기술 경쟁에 불을 붙였습니다. 오류정정은 양자컴퓨터의 고질적 문제인 계산 오류를 최소화하는 기술이죠. 구글은 윌로가 임곗값 미만의 오류율을 달성한 세계 최초의 오류정정 양자칩이라고 선언했습니다. 같은 달 중국 ‘양자 과학기술의 아버지’ 판젠웨이 중국과학기술대 원사 연구팀은 구글과 동급 성능의 자체 양자칩 ‘주총즈 3.0’을 서둘러 공개하며 경쟁의 서막을 알렸는데요. 판 원사 연구팀은 약 1년이 지난 이달 22일(현지 시간) 구글가 윌로의 전매특허처럼 강조했던 임곗값 미만의 오류율 달성에 주총즈도 성공했다고 국제 학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스’에 발표했습니다. 윌로에 맞선 차세대 양자칩 ‘주총즈 3.2’입니다. 양자컴퓨터 기본 연산단위인 큐비트는 입자의 양자 상태를 기반으로 구현되죠. 외부 영향에 취약해서 현재 컴퓨터보다 계산 오류를 일으키기 쉽습니다. 큐비트 수가 늘어날수록 오류 제어가 힘들어져 이 문제가 심각해지죠. 양자컴퓨터 성능이 현재 1000큐비트 이상으로 쉽게 높아지지 못하는 이유입니다. 그래서 ‘논리적 큐비트’
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아인슈타인의 이중슬릿 논쟁, 98년만에 종지부

외신 사우스차이나모닝포스트(SCMP)는 4일(현지 시간) “중국 물리학자들이 알베르트 아인슈타인이 틀렸음을 증명하고 100년 된 논쟁을 종식시켰다”고 보도했습니다. 중국 ‘양자역학의 아버지’로 불리는 판젠웨이 중국과학기술대 원사 연구팀이 1927년 아인슈타인이 고안했던 이중슬릿 사고실험을 정밀한 장치로 구현 실험적으로 반박했다는 내용입니다. 이중슬릿은 매우 좁은 간격으로 나란히 틈(슬릿) 2개가 뚫린 실험장치입니다. 파동의 성질을 확인하는 데 쓰입니다. 가령 물결파가 이중슬릿을 통과하면 각각의 틈에서 다시 파원(波源)이 만들어져 물결파 2개로 나눠집니다. 두 물결파는 각자 퍼지는 과정에서 서로 겹쳐서 증폭되거나 상쇄되고 그 결과 특유의 복잡한 간섭무늬를 만듭니다. 1801년 물리학자 토머스 영은 물결파 대신 빛을 이중슬릿에 통과시켰습니다. 빛은 틈이 1개든 2개든 그대로 직진해 통과할 것 같지만 실제로는 이중슬릿 너머 스크린에 복잡한 간섭무늬를 남겼습니다. 빛이 물결파 같은 파동이라는 사실이 처음으로 밝혀진 순간이었죠. 20세기 들어 문제가 다시 복잡해졌습니다. 아인슈타인이 광전효과 실험을 통해 빛이 입자라는 사실을 밝혀냈
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IBM “양자컴이 자산 포트폴리오 짜준다”

IBM은 9월 홍콩상하이은행(HSBC)과 회사채 거래 전략을 최적화할 수 있는 양자 알고리즘을 개발해 거래 체결률 예측을 34%를 더 정확히 예측하는 데 성공했습니다. 회사채는 제시된 가격으로 실제로 팔리는지를 예측하고 가격 등 최적의 조건을 산출하는 게 운용의 핵심으로 예측 정확도를 1%만 더 개선해도 큰 수익으로 이어진다고 합니다. 다만 고려할 변수가 많고 복잡해 기존 컴퓨터로는 여전히 쉽지 않는 작업인데 양자컴퓨터가 새로운 대안이 될 수 있다는 것이죠. 양자컴퓨터가 이처럼 금융사의 거래 전략과 자산 포트폴리오를 최적화하는 데도 쓰이고 있습니다. 최적의 신약 후보물질을 찾듯 금융 분야 연구대상 역시 수많은 경우의 수 중 수익을 최대화할 수 있는 최적의 선택지를 찾는 최적화 문제라는 것을 생각하면 자연스러운 수순이긴 합니다. 양자컴퓨터는 0과 1의 디지털 정보를 동시에 갖는 큐비트 단위로 빠르게 병렬 연산할 수 있다고 했죠. 이를 통해 수많은 선택지들을 동시에 시뮬레이션하고 최적의 답을 슈퍼컴퓨터보다 빠르게 찾아낼 수 있습니다. IBM은 HSBC뿐 아니라 미국 대형 금융사 웰스파고와 자산 운요아 뱅가드와도 양자컴퓨터 관련
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재료 바꿨더니 성능 1000배↑…양자컴도 소재 혁신

미국 프린스턴대 연구팀은 이달 5일(현지 시간) 국제학술지 네이처에 ‘2차원 트랜스몬 큐비트에서의 밀리초 수명 및 코히어런스 시간’이라는 논문을 발표하며 구글 ‘윌로’ 같은 최신 양자컴퓨터 칩 성능을 1000배 더 향상시킬 수 있다고 주장했습니다. 큐비트를 구현하는 소재를 바꾸는 것으로 말이죠. 반도체·배터리처럼 양자칩 발전도 이제 소재 혁신이 관건이 되는 모습입니다. 연구팀은 기존 양자칩에 들어갔던 금속층 소재를 알루미늄에서 탄탈륨으로 바꿨습니다. 탄탈륨은 원자번호 73번의 비교적 무거운 물질입니다. 견고해서 미세 결함으로 인한 에너지 상태 왜곡이 덜하고 부식에 강해 산성 물질로 세척할 수 있다는 장점이 있습니다. 역시 결함을 일으키던 사파이어 기판은 고순도 실리콘으로 바꿔 ‘탄탈륨·실리콘 칩’을 완성했습니다. 실리콘을 사용한 만큼 기존 반도체 공정 기술과 연계해 양산 등 산업화에 유리하다는 점도 있지만 무엇보다 코히어런스 시간을 3배 늘렸다는 게 이번 연구의 주요 성과입니다. ‘결맞음’이라고도 번역되는 코히어런스는 입자가 외부 영향을 거의 받지 않아 양자중첩·양자얽힘 등 양자 상태를 유지하는 상태를 말합니다. ‘결’이라
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양자 위성통신 시대 올까…광대역 ‘업링크’ 기술 주목

국내에는 아직 스타링크 같은 위성통신 서비스도 도입되지 않았지만 해외 학계에서는 양자통신과 위성통신을 결합한 ‘양자 위성통신’ 기술까지 논의되고 있습니다. 물론 중국이 1만 ㎞가 넘는 통신거리를 자랑하는 양자통신위성을 보유했지만 제대로 상용화하려면 아직 기술적 과제가 남았다고 하는데요. 그 과제 중 하나가 바로 ‘업링크’ 통신 구현입니다. 호주 시드니공대(UTS) 연구진은 지난달 14일(현지 시간) 국제 학술지 ‘피지컬 리뷰 리서치’에 ‘업링크 위성 채널을 통한 양자얽힘 분배’라는 제목의 논문을 발표했습니다. 기존 ‘다운링크’를 넘어 업링크 방식으로 양자 위성통신 효율을 획기적으로 높일 수 있음을 이론적으로 확인했다는 게 이번 성과입니다. 양자통신은 양자컴퓨터처럼 양자중첩과 양자얽힘 현상을 응용해 통신 성능을 획기적으로 높일 것으로 기대받습니다. 양자 정보가 0과 1을 동시에 가지는 모호한 상태(양자중첩)인 데다 외부 영향을 받으면 왜곡된다는 점을 응용하면 해킹을 원천 차단하는 양자암호통신(QKD)을, 두 입자가 원격으로 즉각 상호작용할 수 있는 양자얽힘을 응용하면 장거리에서 정보를 즉각 주고받을 수 있는 양자인터넷을 구현
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“내년 노벨상은 ‘양자 AI’에 주어질수도”

양자컴퓨터 기술이 앞으로 인공지능(AI) 칩 기반의 슈퍼컴퓨터와 결합해 시너지를 내는 방향으로 진화할 것이라고 전문가들이 내다봤습니다. 올해 양자컴퓨터 선구자들에게 노벨 물리학상이 주어졌던 만큼 내년에는 한발 더 나아가 양자와 AI를 결합한 ‘양자 AI’가 수상 주제로 꼽힐 수 있다는 기대도 나옵니다. 백한희 IBM 양자알고리즘센터 총괄 전무는 5일 서울 영등포구 국회에서 열린 ‘양자 국가 전략기술 국회포럼’ 기조발표를 맡아 “양자컴퓨터와 슈퍼컴퓨터, 그래픽처리장치(GPU)를 연결하는 게 미래 비전이라고 생각한다”며 “이용자가 세 가지 컴퓨터를 자유자재로 쓰게 되는 것”이라고 내다봤습니다. 그는 “일본 이화학연구소(RIKEN)와 협력해 세계적 슈퍼컴퓨터 ‘후가쿠’를 IBM 양자컴퓨터와 연결한 플랫폼을 지난해부터 기업들에게 제공하고 있다”며 “지난주에는 이를 통해 기존에 불가능했던 분자의 바닥 상태를 기존보다 더 정확하게 계산하는 방법을 제시해 (사전논문 사이트) ‘아카이브’에 공개했다”고 소개했습니다. 최재혁 한국표준과학연구원 양자기술연구소장은 특히 전력 효율면에서 기존 AI보다 양자를 결합한 AI가 훨씬 뛰어나다고 강조했
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엔비디아 손잡고 韓 슈퍼컴·양자컴 결합한다

젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)는 슈퍼컴퓨터 다음으로 양자컴퓨터와의 하이브리드(혼합형) 컴퓨팅 기술 선점을 노리고 있습니다. 자사가 장악한 그래픽처리장치(GPU) 기반의 슈퍼컴퓨터와 완전히 새로운 연산 방식을 가진 양자컴퓨터를 잘 결합해 상호보완적으로 운용하면 효율을 극대화할 수 있다는 거죠(참고: 양자컴에도 GPU가 필수? 엔비디아의 공진화 전략 [김윤수의 퀀텀점프]). 황 CEO는 아시아태평양경제협력체(APEC) 정상회의 참석차 방한 중인 10월 31일 과학기술정보통신부 산하 한국과학기술정보연구원(KISTI)과 전문가조직(CoE)을 구성하고 한국에서도 하이브리드 컴퓨팅 사업 추진에 협력하기로 했습니다. KISTI는 과학기술 분야 연구기관들이 시뮬레이션 등 연구 활동에 쓸 수 있도록 대규모 연산 인프라를 운영하는 기관입니다. KISTI는 국가 슈퍼컴퓨터 5호기 ‘누리온’에 이어 엔비디아 GPU 8496장을 탑재해 인공지능(AI) 연산 기능을 추가한 6호기 ‘한강’을 구축 중입니다. 또 미국 아이온큐의 100큐비트급 양자컴퓨터도 도입하기로 했는데요. 엔비디아 협력을 통해 이 둘을 통합 운용하고 수요기관들의 연구 효율을
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현실로 들어온 양자컴…구글, 물리학 난제를 풀다

구글이 양자컴퓨터 혁신을 앞당기는 새로운 연구성과를 발표했습니다. ‘슈퍼컴퓨터 연산속도를 얼마나 앞질렀다’는 식의 양적 진전을 넘어 실제 학계에서 다뤄지는 실용적 문제를 풀어 상용화 가능성을 열었다는 질적 진전까지 이뤘다는 건데요. 실제 신약이나 신소재 같은 물질 구조 분석을 위한 문제를 양자컴퓨터가 풀 수 있음을 선보였다는 데 구글은 의의를 두고 있습니다. 구글 퀀컴 인공지능(AI) 연구진은 23일(현지 시간) ‘다체 핵 스핀 메아리를 통한 분자 기하학의 양자 계산’이라는 제목의 논문을 사전 논문 사이트 ‘아카이브’에 공개했습니다. 제목은 복잡하지만 본문을 짧게 요약하면 구글 양자컴퓨터 칩 ‘윌로’가 ‘시간역행상관자(OTOC)’라는 계산법을 응용한 양자 알고리즘을 통해 톨루엔 분자의 핵자기공명(NMR) 데이터를 기존과 맞먹는 수준으로 정밀하게 분석해냈다는 얘기입니다. NMR은 원자가 자기장 안에서 특정한 반응을 일으켜 에너지를 방출하는 현상입니다. 원자로 이뤄진 물질 기본단위인 분자는 구성 원자와 그들의 결합 구조에 따라 고유한 형태의 에너지를 방출합니다. 이 에너지를 분석하면 분자를 눈으로 직접 보지 않고도 구조, 즉
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원자 세계의 양자역학을 현실로…노벨상 받은 양자컴 선구자들

올해 노벨 물리학상은 ‘거시적 양자역학 현상’을 발견한 미국 과학자 세 사람 존 클라크 버클리 캘리포니아대 교수, 미셸 데보레 샌타바버라 캘리포니아대 교수와 존 마티니스 교수에게 주어졌습니다. 이들의 공로는 오늘날 양자컴퓨터 시대를 여는 직접적 계기가 됐다고 해도 과언이 아닙니다. 실제로 이들 중 두 사람은 일찍이 구글에 영입돼 글로벌 양자컴퓨터 경쟁을 주도해왔죠. 양자역학은 원자나 그보다 작은 전자의 움직임을 이해하기 위해 탄생한 학문입니다. 아이작 뉴턴이 18세기에 정립한 고전역학은 일상의 사물이나 달과 지구 같은 천체 운동을 이해시켜줬지만 그보다 훨씬 작은 원자나 전자 같은 작은 입자에게는 다른 도구가 필요했던 것이죠. 작은 입자는 동시에 여러 위치에 확률적으로 분포할 수 있고(양자중첩) 먼 거리에서도 즉각적으로 상호작용하는(양자얽힘) 등 일상의 사물과는 다른 독특한 양상을 보입니다. 하지만 입자가 외부 영향을 받으면 이 같은 양자역학 상태는 왜곡됩니다. 외부 영향은 빛이나 공기 같은 다른 입자의 작용까지 다양합니다. 입자를 빛으로 관측하거나 공기와 맞닿거나 수많은 입자들이 결합해 커다란 물질을 이룰수록 외부 영향은
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국산 양자컴으로 신소재 찾는다…KIST “촉매 성능 첫 분석”

국산 양자컴퓨터가 신소재 발굴에 쓰일 길이 열렸습니다. 어떤 소재가 산업적으로 유용한지 그 특성을 보려면 복잡한 컴퓨터 계산이 필요한데요. 양자컴퓨터로 소재 특성을 기존 고전 컴퓨터보다 정확한 것은 물론 동시에 실제 실험 결과와 가깝게 계산해내는 데 성공했다는 소식이 나왔습니다. 연구진은 이 기술을 신약 개발을 포함해 다양한 연구에 응용할 방침입니다. 이진형 한국과학기술연구원(KIST) 소재혁신 양자시뮬레이터개발사업단장은 18일 서울 성북구 KIST에서 양자시뮬레이터 기반 다층 양자 임베딩 기술을 활용해 수소 생산 촉매의 특성 측정에 성공했다고 발표했습니다. 양자시뮬레이터는 특정한 계산을 수행할 목적으로 만들어진 양자컴퓨터입니다. 인공지능(AI) 모델도 범용 모델보다 특화 모델이 해당 분야에서는 연산 효율이 좋은 것처럼 양자시뮬레이터도 자신의 주특기 분야에서는 범용 양자컴퓨터보다 더 높은 효율을 낼 수 있다는 게 이 단장 설명입니다. 이날 실제로 본 KIST 양자시뮬레이터는 책상 위에 살포시 올려놓을 수 있을 정도로 간소했습니다. 초전도가 아닌 광학 방식으로 큐비트를 구현해 극저온 냉각도 필요없이 상온에서 작동하는 모습이었
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양자컴퓨터로 개발된 최초의 온라인게임

지난달 20일(현지 시간) 독일 쾰른에서 열렸던 세계 최대 게임쇼 ‘게임스컴 2025’는 양자컴퓨터 산업에도 새로운 이정표였습니다. 세계 최초로 양자컴퓨터로 개발된 온라인 게임이 공개됐기 때문입니다. ‘스페이스 모스(Space Moths)’가 그 주인공입니다. 개발사 ‘모스 퀀텀(MOTH Quantum)’과 외신에 따르면 이 게임은 양자컴퓨터 기업 IBM과 핀란드 기술연구센터(VTT), 인디 게임 개발사 온워드 스튜디오 등이 공동 개발해 이번 게임스컴에서 데모 버전이 시연됐습니다. 세계 최대 메타버스 게임 플랫폼 ‘로블록스’로 제작된 맵에서 캐릭터가 우주선을 타고 각종 장애물을 피해 목적지까지 무사히 탈출하는 게임입니다. ‘네리(Nerii)’라는 행성에서 평화롭게 살던 나방(moth)들이 악당에 의해 우주정거장에 납치되자 플레이어가 이들을 데리고 구출한다는 스토리입니다. 이처럼 플레이어가 주어진 스테이지를 클리어해나가는 게임은 과거 ‘슈퍼마리오 브라더스’ 시리즈로 대표되는 플랫포머 장르를 포함해 이미 개발 역사가 깊습니다. 게다가 로블록스 플랫폼으로 제작된 비슷한 게임들도 많죠. 대신 스페이스 모스의 특장점은 양자컴퓨터 시