양자컴퓨터는 복잡한 경로를 최적화하는 데 탁월한 성과를 보인다.

가령 테슬라의 무인 자율주행 택시인 로보택시는 도시의 복잡한 경로를 최적화해 최단시간, 최단거리로 목표지점까지 도착하는 게 요구된다. 이때 양자컴퓨터가 활용될 수 있다. 차량의 에너지 효율도 높이고 교통체증도 줄이게 된다.

특히 양자컴퓨터로 현존하는 모든 암호체계를 깰 수 있을 것이라는 전망들은 정부와 기업 모두를 이 분야에 주목하게 만든다.

이는 비트코인 같은 암호화폐에 심각한 위협이 될 수 있다. 비트코인, 이더리움 등의 암호화폐는 블록체인 기술을 기반으로 거래가 이뤄지며, 이 과정에서 서명을 통해 트랜잭션(거래기록·처리내역)을 인증한다. 하지만 양자컴퓨터는 서명된 트랜잭션을 빠르게 분석하고 풀어낼 수 있기 때문에, 트랜잭션의 위조와 이중 지불(double-spending, 동일한 암호화폐를 두 번 이상 사용하는 행위) 문제를 일으킬 수 있다. 이로 인해 블록체인 네트워크의 무결성이 위협받을 수 있다.

물론 반론도 있다. 전문가들은 양자컴퓨터가 암호화폐의 보안을 뚫을 수 있는 시점까지는 상당한 시간이 필요하고, 설령 등장했다 하더라도 암호화폐 생태계 역시 유기적으로 대응할 수 있다고 입을 모은다. 양자컴퓨터가 비트코인에 직접적인 보안 위협을 가할 정도의 수준에 도달하려면 최소 10년에서 20년은 걸릴 것이라는 분석과 함께 암호화폐 업계에서도 보안 위협에서 벗어나기 위한 양자 저항 알고리즘도 동시에 개발하고 있다.

양자컴퓨터는 연산 단위인 ‘큐비트(Qubit)’의 수가 충분하지 않고, 양자 연산의 근본적인 문제인 ‘양자 오류(Quantum Error)’는 아직 극복하지 못하고 있다. 양자기술 산업계는 이 같은 한계를 뛰어넘기 위해 고전컴퓨터의 안정성과 결합한 하이브리드 양자컴퓨터 기술에 주목하고 있다. 하이브리드 양자컴퓨터의 작동 방식은 다양하다. 고전컴퓨터가 양자 제어와 연산의 결과 분석, 후처리를 담당하고, 양자컴퓨터가 복잡한 연산을 수행하는 방식이 대표적이다.

정윤채 한미양자기술협력센터장은 “슈퍼컴퓨터 기업들이 양자컴퓨터 도입을 고려하고 있거나 이미 시범사업을 시작했다”며 “엔비디아는 여기에 소프트웨어를 공급하는 주요 기업으로 떠오르고 있다”고 말했다.

엔비디아는 고전컴퓨터와 양자컴퓨터의 호환성을 높이는 컴파일러인 ‘nvq++’를 개발하고 있다. 고전컴퓨터와 양자컴퓨터가 소통할 수 있는 ‘양자 중간 표현(QIR)’을 이용해 두 기술을 연동하는 일종의 개발 도구다.

양자컴퓨터 기업 아이온큐는 이미 엔비디아와 하이브리드 양자컴퓨터 분야에서 협력을 하고 있다. 마이크로소프트는 클라우드 기반 양자컴퓨터 플랫폼 ‘애저 퀀텀(Azure Quantum)’을 통해 하이브리드 양자컴퓨터를 선보였다.

[김병수 기자]

[본 기사는 매경LUXMEN 제173호 (2024년 2월) 기사입니다]