양자컴퓨터, 뭐하는 기계지?

양자컴퓨터, 뭐하는 기계지?

 

 

물리학의 한 분야인 '양자역학'이 요즘은 각종 사회현상과 금융에 까지 영향을 미치는 시대가  된 것 같습니다.

 

양자역학의 분야에 대하여, 논하는 것이 당대의 석학들과 지식적 견차가 다소 있어서 좀 꺼려지는 내용이긴 하지만, 아인슈타인이 말한 것처럼 "상상력이 지식보다 더 중요하다.(Imagination is more important than knowledge. For knowledge is limited to all we now know and understand, while imagination embraces the entire world, and all there ever will be to know and understand.)”는 생각으로 개인적인 의견을 포함한 시장의 소식들을 살피도록 하겠습니다. 

 

1. 양자

 

1.1. 양자역학 이란?

 

양자역학은 물리학의 한 분야로서 원자와 분자를 구성하는 입자(전자·양성자·중성자)와 다른 입자의 운동을 다루는 학문이다(원자 구성입자). 그런데 이와 같은 양자의 세계에서는 입자와 파동의 구분이 모호해지기 시작한다.

양자역학이 20세기 초반에 도입된 이래로 원자, 핵, 분자 물리학과 화학분야에서 이루어진 거의 모든 진보가 양자역학의 개념과 방법에 의해서 이루어졌다. 실제로 오스트리아의 물리학자인 볼프강 파울리는 언젠가 "양자역학은 화학의 모든 것과 물리학의 대부분을 설명하여 준다"라고 말했다. 양자역학의 원리가 발견되기 전에 물리학자들은 원자 수준에서의 운동도 뉴턴의 고전역학으로써 서술할 수 있다고 믿었다. - 다음 백과

 

양자역학의 탄생은 빛의 성질과 관련된 논의에 기초하지만, 현대의 양자라는 개념은 환경의 영향이 최소화되는 단위계 정도로 해석하면 될 것 같습니다. 

미시계의 간섭현상에 따른 파동과 입자성의 상보적 관계를 확률적 수치로 표시한 내용입니다.

 

'파울리의 배타 원리'를 개념으로 미시계의 모든 영역의 에너지를 입자성의 에너지에 집중시키고, 파동계의 분산으로 처리하는 이론입니다. 현재는 플랑크 상수에 기반한 '촉끈이론'과 통계적 현상 분석까지 시공의 영역을 확대했습니다.  

슈뢰딩거, 파울리, 디락, 파이만 등 수많은 상보적 석학들에 의해서 발전되어 왔습니다. 

 

6 = 1(=+-1)*2(=e^<iπ+-1>)*3(=π) = 음양의 순환 = 색계 = 1차원 관측계

 

 

SMAP BA

현상을 해석하는 방법으로 

 

- 물질파의 진행

- 불확정성의 원리

- 터널링 효과

- 중첩 현상

- 파울리의 베타 원리

- 양자 도약

- 미러링 효과

등의 미시세계의 특이한 현상들이 수치와 실험으로 관측됩니다. 

 

1.2. 양자컴퓨터

 

1982년 미국 물리학자 리처드 파인먼이 처음 개념을 제시했고, IBM 등에서 상용화에 성공했다. 기존 슈퍼컴퓨터가 10억 년 걸리는 소인수분해 문제를 100초 만에 풀 수 있는 등 차원이 다른 성능 덕분에 `꿈의 컴퓨터`로 불린다. - 다음 백과

 

정보의 중첩성을 이용하는 방식으로..

영국의 이론물리학자 데이비드 도이치의 아이디어로, 0이면서도 동시에 1인 중첩 상태도 고려하여 큐비트(qubit, quantum bit)를 등장시켜 계산하는 방식의 컴퓨팅으로 진행 중 입니다.

 

- 큐비트

양자 정보시스템에서 사용되는 최소 정보 단위를 퀀텀 비트(quantum bit), 줄여서 큐비트(qubit)라고 한다. 비트(bit)는 두 가지 상태를 나타낼 수 있다. 

큐비트는 2개의 구분 가능한 기저 상태가 중첩된 양자 상태로 임의의 양자 상태에 대해 큐비트는 디락(Paul Adrien Maurice Dirac)의 브라-켓(bra-ket) 표기법을 이용하여 |ψ>= α|0> + β|1> 와 같이 나타낼 수 있으며, 이때 α와 β는 복소수로 언제나 |α|2+|β|2=1를 만족한다. 예를 들어 광자 한 개의 수직 또는 수평 편광 성분을 측정한다고 했을 때, 광자의 양자 상태는 2개의 서로 구분 가능한 수직 또는 수평 편광 상태의 중첩으로 |ψ>= α|V> + β|H> 와 같다.

 

광자의 편광뿐만 아니라 전자의 바닥상태(ground state)와 들뜬상태(excited state)와 같이 구분이 가능한 두 가지 상태를 갖는 모든 양자 상태는 수학적으로 큐비트로 정의한다. 비트 1개는 1차원 벡터로 0과 1을 나타낼 수 있으며, 비트 2개는 서로 직교하는 두 벡터 (0, 1), (1, 0)를 기저 벡터로 하는 2차원 공간을 나타낼 수 있다. 큐비트(단일 큐비트) 1개는 2차원 벡터로, |0>와 |1>은 각각 2차원 벡터인 (1, 0) 벡터와 (0, 1) 벡터를 나타낸다. 큐비트 2개가 있을 경우 중첩 가능한 기저 상태는 |00>, |01>, |10>, |11> 의 총 4가지이며, 큐비트의 수가 증가함에 따라 기저 벡터의 수는 지수적으로 증가한다. 따라서 2n개의 비트로 정의하는 벡터 공간을 양자는 n개의 큐비트로 나타낼 수 있다. 벡터 공간의 기저 벡터는 벡터 공간의 정보를 의미하기 때문에 양자 정보 시스템은 큐비트가 증가함에 따라 처리할 수 있는 정보가 기하학적으로 증가한다.

큐비트는 수학적으로 벡터 공간에서 크기가 '1’인 단위 벡터로 정의된다. 따라서 3차원 벡터 공간에서 크기가 '1'인 벡터는 반지름이 '1'인 구의 표면에 존재하는 임의의 한 점으로 나타낼 수 있으며, 이를 블로흐 구면 (Bloch Sphere)이라고 한다. - 다음 백과

 

기본 개념을 정리하다가 보니...

너무 수학적 미로에 들어간 것 같습니다.

 

결론적으로 말하면,

양자컴퓨터는 "현상을 파악해서 사물의 계산보다는 퀀텀 값을 보여주는 방식의 확률 값을 도출한다."는 의미입니다.

아직 갈길이 멀기는 합니다.

 

이 정도로 이론은 마무리하고.

 

2. 양자컴퓨터와 관련된 최근의 소식을 보면...

 

- 블록체인 오라클 프로젝트 ‘API3’, 양자컴퓨터 저항 블록체인 ‘셀프레임’과 손잡았다…파트너십 체결

API3 측은 이번 파트너십을 통해 개발자들이 셀프레임 네트워크 상에서 API3의 오라클 솔루션을 사용하는 탈중앙 애플리케이션(dAPP)을 활용, 양자컴퓨터의 공격으로부터 안전한 다채로운 애플리케이션들을 개발할 수 있게 될 것이라 밝혔다.

파트너십을 체결한 셀프레임은 ‘포스트-퀀텀 암호화(Post-quantum encryption, 양자컴퓨터에 의한 암호해독 공격에 대해 안전하다고 여겨지는 암호와 알고리즘)’를 사용해 구축된 블록체인 플랫폼이다. - 헤럴드경제

 

- 정부 양자컴퓨터 연구 생태계 조성... 인재 키운다

정부가 차세대 혁신기술 분야로 주목받고 있는 양자(퀀텀)기술 분야 연구 생태계 조성을 위한 지원사업을 본격화한다.
과학기술정보통신부는 18일 IBM 양자컴퓨팅 클라우드 서비스 참여기관과 신진연구인력 양성을 위한 해외연수 참여자를 모집한다고 밝혔다.
양자컴퓨팅 클라우드 서비스 활용 지원사업은 국내 연구자가 IBM·IonQ·아마존 등이 클라우드 서비스 중인 양자컴퓨터를 연구, 교육용으로 사용할 수 있도록 지원하는 사업이다. - 머니투데이

 

- 조선대, 양자컴퓨터 관련 75억 원 국책사업 선정

슈퍼컴퓨터의 연산능력을 휠씬 뛰어넘은 것으로 알려진 양자컴퓨터(Quantum Computer)에 대한 기술이 빠르게 발전하는 가운데 조선대학교가 양자컴퓨터에서도 쉽게 해독되지 않는 '포스트 양자 암호'(PQC)의 안전성과 성능을 검증하는 기술을 개발한다. 
12일 조선대에 따르면 IT융합대학 정보통신공학부 김영식 교수 연구팀은 정보통신기획평가원(IITP)이 지원하는 정보보호 핵심 원천기술 개발 사업에 '저사양 디바이스 대상 고효율 PQC 안전성 및 성능 검증 기술 개발'이라는 과제로 선정됐다. 연구기간은 2021년 4월부터 3년 9개월간이며 총 75억 원의 연구비를 지원받는다. - 노컷뉴스

 

- 양자정보연구지원센터, IBM Quantum 양자컴퓨터, 성균관대학교 구성원들에게 오픈

 

한국강사신문

 

- LG전자, 양자컴퓨터 기술개발 본격화…큐앤코와 연구협약

LG전자가 미래준비를 강화하기 위해 양자컴퓨팅(Quantum computing) 기술개발을 본격 나선다.
이를 위해 LG전자는 15일 네덜란드 양자컴퓨팅 개발업체 큐앤코(Qu&Co)와 다중 물리 시뮬레이션(Multiphysics simulation)을 위한 양자컴퓨팅 기술을 개발하기 위해 연구협약을 맺었다.
다중 물리는 전기, 자기, 열, 유체 등과 관련한 물리적 현상이 동시에 복합적으로 발생하는 현상이나 시스템을 의미한다. 다중 물리 시뮬레이션은 이러한 현상과 시스템을 분석하고 검증하는 데 사용된다.
협약에 따라 양사는 향후 3년간 기술을 공동으로 연구한다. 연구 성과는 산업계의 다중 물리에 관한 문제를 해결하는 데 활용될 예정이다. - 매일경제

 

- IBM·성균관대, 국내 양자컴퓨터 연구지원·인력양성 가속화 협력

아주경제

 

정말 양자역학의 응용 산업들이 양자컴퓨터를 시작으로 모습을 드러내는 것 같습니다.

 

3. 그럼 시작 테이프를 끊고 있는 "양자컴퓨터와 관련된 우리의 기업들"은 어디가 있을까요?

 

- 유무선 통신사업자 : KT, SK텔레콤

- 문서/영상 보안 및 솔루션 : 드림시큐리티, 우리로, 옵티시스

- 이미지센서 : 시큐브, 칩스앤미디어

- 네트워크 장비 : 쏠리드, 우리넷, 코위버 

 

* 그럼 이 분야와 관련된 우리의 기업들은 시장에서 어떤 성적표를 받았을까요? 

2020년 양자컴퓨터 관련 기업의 재무 상태를 보면...

개별적인 기업을 섹터별로 평가하는 것이 조금은 무리가 있기는 하지만,

기존 통신 사업자와 주변기기의 장비구축 부분은 고전을 하고 있고, 영상 및 솔루션 부분은 포지셔닝 단계의 시장형태를 보이고 있습니다. 

 

양자컴퓨터 분야에서의 시장은 아직 가야 할 길이 멀리 있는 것 같습니다. 

 

- SK 텔레콤

NAVER

 

- 드림시큐리티

 

NAVER

 

차트를 섹터 상의 구분으로 보기보다는 'SK텔레콤의 인적분할'과 '시장의 유동성 공급에 따른 변동성' 정도로,

2020년 3월 저점을 찍고 상승 시그널을 보이고 있습니다. 

 

'양자컴퓨터 관련 기업'은

정부의 제도적 지원과 과학의 이론적 확립이 아직은 부족한 상황이라,

본격적인 투자의 대상으로 판단하기보다는 산업의 미래 투자라는 관점에서 접근하시는 것이 좋을 것 같습니다. 

 

향후 "양자중첩의 블록체인 기술"과 "관련 산업의 발전"을 기대해 봅니다. 

 

2021.04.24 - [Invest Management/Take Apart Sector_P] - 2021.04.24. 전자장비와 기기

2021.04.24. 전자장비와 기기

2021.04.21 - [Invest Management/Case Study] - 현대차, 미래도전을 응원하며, 적정가를 산정해 볼까요?

현대차, 미래도전을 응원하며, 적정가를 산정해 볼까요?