양자 컴퓨팅 시대 생존 위해 반드시 알아야 할 20가지 핵심 키워드

양자 컴퓨팅은 컴퓨터 가능성의 한계를 재정립하고 있지만, 이 분야에는 다소 복잡한 용어들이 존재한다.
최근 양자 컴퓨팅 전문매체 퀀텀 자이트가이스트가 양자 기업을 평가하는 투자자든, 양자 SDK를 탐색하는 개발자든, 혹은 기술적 호기심을 가진 이들이라면 반드시 알아야 할 20가지 핵심 개념을 정리했다.


양자 컴퓨팅은 기존 컴퓨터의 이진법 체계를 뒤흔드는 혁명적 기술이다. 이를 이해하기 위해 반드시 알아야 할 하드웨어 및 기초 개념 10가지를 정리했다.

1. 큐비트(Qubit): 양자 정보의 최소 단위. 0과 1 중 하나만 선택하는 비트와 달리, 두 상태를 동시에 가질 수 있는 '중첩'이 특징이다.
2. 중첩(Superposition): 측정 전까지 여러 상태가 동시에 존재하는 현상. 이를 통해 수많은 계산 경로를 병렬로 탐색한다.

3. 얽힘(Entanglement): 두 입자가 거리와 상관없이 즉각적인 연결성을 갖는 현상. 양자 알고리즘 구현의 핵심 동력이다.

4. 양자 게이트(Quantum Gate): 큐비트의 상태를 조작하는 유니터리 연산. 양자 회로를 구성하는 기본 논리 단위다.

5. 양자 회로(Quantum Circuit): 게이트와 측정의 시퀀스로 이루어진 모델. 대부분의 양자 SDK가 이 모델을 기반으로 설계된다.
6. 디코히어런스(Decoherence): 주변 환경과의 상호작용으로 양자 정보를 잃는 현상. 양자 컴퓨터 상용화의 최대 걸림돌이다.

7. 양자 오류 수정(QEC): 잡음으로 인한 오류를 감지하고 수정하는 기술. 여러 물리 큐비트를 묶어 하나의 논리 큐비트를 만든다.

8. 내결함성(Fault-Tolerant): 하드웨어 오류가 발생해도 시스템 전체의 계산 신뢰성을 유지하는 능력.

9. 초전도 큐비트: 극저온 상태의 초전도 회로를 이용하는 방식. IBM과 구글이 채택한 가장 대중적인 하드웨어 플랫폼이다.
10. 트랩 이온(Trapped Ion): 전자기장에 갇힌 이온을 활용하는 방식. 게이트 충실도가 높고 결맞음 시간이 길다는 장점이 있다.


양자 컴퓨터가 실질적인 위력을 발휘하기 시작하는 지점은 알고리즘과 보안 영역이다. 상용화를 앞둔 핵심 소프트웨어 및 평가지표 10가지를 소개한다.

1. NISQ(노이즈 있는 중간 규모 양자): 수십~수백 큐비트 수준의 현세대 장치. 오류는 있지만 특정 분야에서 초기 우위를 점할 수 있다.

2. 양자 우위(Quantum Supremacy): 기존 슈퍼컴퓨터로 불가능한 계산을 양자 컴퓨터가 해내는 시점. 구글이 2019년 첫 이정표를 세웠다.

3.쇼어 알고리즘(Shor's Algorithm): 거대 정수를 순식간에 인수분해하는 알고리즘. 현대 암호 체계인 RSA를 무력화할 수 있다.

4. 그로버 알고리즘(Grover's Algorithm): 무작위 데이터베이스 검색 속도를 획기적으로 높이는 기술. 최적화 및 머신러닝에 활용된다.

5. 양자 어닐링(Quantum Annealing): 양자 요동을 이용해 최적의 해를 찾는 방식. 물류 및 금융 포트폴리오 최적화에 특화되어 있다.

6. 양자 볼륨(Quantum Volume): 큐비트 수와 오류율 등을 종합해 컴퓨터 성능을 평가하는 IBM의 벤치마킹 지표.

7. 양자 키 분배(QKD): 양자 역학 법칙을 이용해 도청이 불가능한 보안 키를 생성·공유하는 통신 기술.

8. 양자 후 암호(PQC): 양자 컴퓨터의 공격에도 견딜 수 있는 차세대 수학 기반 암호 체계. 현재 글로벌 표준화가 진행 중이다.

9. 변이 양자 고유 솔버(VQE): 양자와 고전 컴퓨터를 결합해 분자 에너지를 계산하는 알고리즘. 신약 및 신소재 개발의 핵심이다.

10. 양자 순간 이동(Teleportation): 정보를 물리적 이동 없이 전송하는 프로토콜. 미래 양자 인터넷의 핵심 기반 기술이다.


이태준 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com