양자 컴퓨터의 역사 및 미래

 

양자 컴퓨터의 주요 역사 및 연혁

1960년대 : 양자 컴퓨터의 개념 제시

양자 역학의 발전과 더불어, 양자 시스템을 이용한 컴퓨팅의 가능성에 대한 논의가 시작되었습니다. 유명 물리학자 리처드 파인만은 1960년대 양자 전기역학을 연구하였습니다. 양자 전기역학은 광자 및 전자기력으로 제어되는 전자의 상호방식에 대한 학문이다. 이 학문을 연구하며 양자 컴퓨터의 개념을 처음 제시하였습니다. 

 

물리학자, 리처드 파인만 (출처:나무위키)

1980년대 : 범용 양자 컴퓨터

파인만의 선구적인 연구에 이어, 1985년에 영국 물리학자 데이비드 도이치가 튜링 기계 개념에 양자 이론을 적용한 "범용 양자 컴퓨터"에 대한 논문을 발표하였고, 이를 통해 데이비드 도이치는 양자 이론을 제시해 양자 계산 이론의 기초를 닦았다는 평을 들었습니다. 

 

1990년대 : 새로운 양자 알고리즘

미국의 MIT 응용수학과 교수 피터 쇼어는 기존 알고리즘 보다 소인수 분해를 훨씬 더 잘할 수 있는 쇼어 알고리즘을 제안했습니다. 이론적으로는 현대의 암호화 방식을 무력화할 만큼 효과적인 알고리즘이었습니다. 그리고 1996년에는 인도계 미국인인 롭 그로버에 의해 그러보 검색 알고리즘(Grover Search Algorithm)이 등장하였습니다. 

1999년에는 조르디 로즈가 세계 최초의 양자 컴퓨팅 기반 컴퓨터 판매 회사인 디웨이브 시스템즈(D-Wave Systems)를 설립하였으며, 이 회사는 IBM이나 구글 등 현재 이 분야의 선도 기업에게 길을 열어주는 역할을 하였습니다. 

 

쇼어 알고리즘 구현도

2000~2020년 : 양자 우월성(Quantum Supremacy)

2001년 IBM과 스탠퍼드 대학과 공동으로 진행하이 프로젝트에서 7 큐비트 프로세서를 이용하여 15를 소인수 분해하는 방식으로 쇼어 알고리즘을 최초로 구현하였습니다.

2010년에는 디웨이브 시스템즈가 최초의 상용 양자컴퓨터 "디웨이브 원(D-Wave One)"을 출시하였습니다. 이어서 2016년에는 IBM이 최초의 클라우드 기반 양자 컴퓨터 플랫폼을 선보였습니다.

2019년에는 구글이 양자 우월성을 주장하기 시작하며 양자 컴퓨터 개발 및 상용화가 본격적으로 진행되고 있습니다. 

 

디 웨이브사의 양자 컴퓨터

현재 : 큐비트 증가, 실용화 연구 가속화

IBM은 2021년에 127 큐비트 프로세서를 시작하여, 2022년에는 433 큐비트, 2023년 12월에는 1000 큐비트 이상의 시스템을 공개하였습니다. 양자 컴퓨터의 상용화는 멀었지만, 실용화를 위한 연구가 계속 진행되고 있다는 것을 의미합니다. 

 

연도	주요 사건	내용	영향
1960년대	리처드 파인만의 양자 컴퓨터 개념 제시	양자 역학을 이용한 컴퓨팅 가능성 제시	양자 컴퓨터 개념 도입
1982년	리처드 파인만의 양자 시뮬레이션 어려움 지적	양자 시스템 시뮬레이션의 어려움 지적하여 양자 컴퓨터 필요성 강조	양자 컴퓨터 활용 분야 확대
1985년	데이비드 도이치의 숨겨진 문제 해결 알고리즘 제시	튜링 기계 개념에 양자 이론 적용하여 범용 양자 컴퓨터 개념 제시	양자 컴퓨터 알고리즘 연구 활성화
1994년	쇼어 알고리즘	피터 쇼어, RSA 암호화 알고리즘 해독 가능한 양자 알고리즘 제시	암호화 기술 발전 및 양자 컴퓨터 보안 연구 중요성 강조
2001년	IBM 알마덴 연구센터에서 쇼어 알고리즘 최초 구현	7큐비트 프로세서에서 당시 세계에서 가장 복잡한 양자 컴퓨터 계산 수행	양자 컴퓨터 이론 연구 발전에 대한 인정
2008년	영국 왕립학회, 데이비드 도이치를 펠로우로 선정	양자 이론을 제시해 양자 계산 이론 기초 닦고 분야 발전에 기여	양자 컴퓨터 이론 연구 발전에 대한 인정
2009년	조르디 로즈, 디웨이브 시스템즈 설립	세계 최초 양자 컴퓨터 기반 컴퓨터 판매 회사로 상용화에 기여	양자 컴퓨터 산업 발전 촉진
2016년	IBM, 최초의 클라우드 기반 양자 컴퓨터 플랫폼 구축	양자 컴퓨팅 접근성 향상	양자 컴퓨터 활용 범위 확대
2019년	구글, 양자 우월성 주장	특정 문제 해결에 있어 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 우월하다는 입증	양자 컴퓨터 실용화 가능성 제시
2021년	IBM, 127큐비트 프로세서 공개	큐비트 수 증가 및 성능 향상 노력 지속	양자 컴퓨터 성능 향상 및   실용화 가속
2022년	IBM, 433큐비트 프로세서 공개
2023년	IBM, 1121큐비트 시스템 공개

 

 

양자 컴퓨터 기술의 미래

1. 양자 우월성(Quantum Supremacy)의 달성

양자 컴퓨터의 미래를 향한 첫 번째 중요한 목표는 양자 우월성의 달성입니다. 양자 우월성이란 기존 컴퓨터로는 불가능했던 문제를 양자 컴퓨터가 해결할 수 있는 능력을 의미합니다. 2019년 구글은 양자 우월성을 달성했다고 주장했지만, 아직 논란이 남아있는 상황입니다. 다만, 앞으로 연구개발의 진행상황으로 볼 때, 몇 년 안에 양자 우월성이 확실하게 달성될 것으로 예상됩니다. 이는 양자 컴퓨터가 실용적인 수준으로 발전했다는 것을 의미하며, 다양한 분야에서 활용 가능성이 더욱 확대될 것입니다.

 

2. 확장 가능한 시스템 개발

양자 컴퓨터의 또 다른 중요한 목표는 확장 가능한 시스템 개발입니다. 현재 양자 컴퓨터는 큐비트 수가 제한되어 있으며, 실용적인 수준으로 활용하기 위해서는 수천 개, 수만 개의 큐비트가 필요합니다. 다양한 연구기관과 기업들은 큐비트 수를 증가시키고 성능을 향상하기 위한 노력을 기울이고 있습니다. IBM은 2021년에 127 큐비트 프로세서를 공개했으며, 2022년에는 433 큐비트 시스템, 2023년 12월 4일에는 1000 큐비트이상의 시스템을 공개하였다. 확장 가능한 시스템 개발은 양자 컴퓨터 활용 범위를 확대하고, 다양한 문제 해결에 활용 가능하게 만들 것입니다.

 

2023년에 발표된 IBM의 양자 컴퓨터 칩 "헤론" (출처 : IBM)

 

3. 양자 알고리즘 개발

양자 컴퓨터의 성능을 최대한 발휘하기 위해서는 효율적인 양자 알고리즘 개발이 필수적입니다. 현재 양자 컴퓨터에 적용 가능한 알고리즘은 아직 제한적이며, 특정 문제에 최적화된 알고리즘 개발이 필요합니다. 다양한 분야의 연구자들이 양자 알고리즘 개발에 참여하고 있으며, 앞으로 더 많은 알고리즘이 개발될 것으로 예상됩니다. 이는 양자 컴퓨터 활용 범위를 더욱 확대하고, 새로운 가능성을 열어줄 것입니다.

 

4. 양자 소프트웨어 개발

양자 컴퓨터를 프로그래밍하고 사용하기 위한 양자 소프트웨어 개발 또한 중요합니다. 현재 양자 소프트웨어는 아직 초기 단계이며, 사용자 친화적인 인터페이스와 개발 도구가 부족합니다. 다양한 기관과 기업들이 양자 소프트웨어 개발에 투자하고 있으며, 앞으로 더욱 발전될 것으로 예상됩니다. 이는 양자 컴퓨터 활용성을 높이고, 더 많은 사람들이 양자 컴퓨터를 사용할 수 있도록 만들 것입니다.

 

인텔의 양자 소프트웨어 개발도구(SDK) 1.0 [출처 : Intel]

 

5. 양자 인프라 구축

양자 컴퓨터를 활용하기 위한 양자 인프라 구축 또한 중요합니다. 이는 안정적인 양자 컴퓨팅 환경을 조성하고, 양자 컴퓨터 관련 데이터 및 정보를 관리하는 것을 의미합니다. 다양한 국가와 기관들이 양자 인프라 구축에 투자하고 있으며, 앞으로 더욱 발전될 것으로 예상됩니다. 이는 양자 컴퓨터 활용을 위한 기반을 마련하고, 양자 컴퓨터 산업 발전을 촉진할 것입니다.

 

6. 양자 윤리 및 규제

양자 컴퓨터 기술 개발 및 활용과 관련된 윤리적 문제 또한 논의되어야 합니다. 양자 컴퓨터는 개인정보 보호, 데이터 보안, 지적 재산권 등 기존 컴퓨터보다 더욱 심각한 문제를 야기할 수 있습니다. 따라서 양자 컴퓨터 기술 개발 및 활용에 대한 윤리적 지침과 규제가 마련되어야 합니다. 이는 양자 컴퓨터 기술의 긍정적인 활용을 촉진하고, 부정적인 영향을 최소화하기 위한 노력입니다.

 

 

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양자 컴퓨터는 컴퓨팅의 미래를 바꿀 잠재력을 지닌 혁신적인 기술입니다. 아직 초기 기술이지만 앞으로 빠르게 발전하고 다양한 분야에 활용될 것으로 예상됩니다. 추가적인 양자 컴퓨터 관련 정보를 알고 싶은 분은 아래 링크를 참고하시기 바랍니다. 

 

[Learn/과학공학기술] - 양자 컴퓨터의 원리

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[Learn/과학공학기술] - 양자 컴퓨터 기술 개발에 따른 변화와 사회의 역할

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