* 최신 ICT 이슈 I. 구글새로운방식의양자컴퓨터개발계획, 수년내실현이목표 구글이제3 유형의양자컴퓨터를독자개발중이라고밝혔음. 첫번째유형은 2013 년에판매가시작된 D-웨이브시스템즈의양자컴퓨터이고, 두번째유형은 2014 년부터시작된양자게이트방식의양자컴퓨터이며, 구글은이둘을접목한새로운양자어닐링 (Annealing) 방식으로성능을개선중임. 구글은수년내에현재의양자컴퓨터보다진일보한기술을선보임으로써, 양자컴퓨터를수십년후의기술이아닌이미우리곁에와있는기술임을입증하겠다는계획 구글은지난달말로스앤젤레스에서개최된 Adiabatic Quantum Computing Conference(AQC, 단열양자컴퓨팅컨퍼런스 ) 2016 에서새로운양자컴퓨터개발계획등을발표 구글은컨퍼런스에서자신들이개발중인새로운유형의양자컴퓨터 Quantum Annealer ( 양자어닐러 ) v2.0 의개발계획을발표 지금까지알려진양자컴퓨터방식으로는 IBM, 마이크로소프트, 인텔등이개발을진행하 < 자료 > Google [ 그림 1] 구글이발표한양자컴퓨터개발로드맵 * 본내용과관련된사항은산업분석팀 ( 042-612-8296) 과최신 ICT 동향컬럼리스트박종훈집필위원 (soma0722@naver.com 02-739-6301) 에게문의하시기바랍니다. ** 본내용은필자의주관적인의견이며 IITP 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 30 www.iitp.kr
최신 ICT 이슈 고있는 양자게이트방식 과도쿄공업대학니시모리교수의이론을캐나다 D-Wave Systems(D- 웨이브시스템즈 ) 가상용화한 양자어닐링방식 이있음 양자게이트방식으로알고리즘을개발하면다양한부문의문제해결이가능할것으로기대되는반면, 양자어닐링방식은 조합최적화문제 를해결하기위한전용장치임 양자어닐링전용장치에서는실제로양자어닐링이라는물리적현상을발생시킴으로써문제를해결하는데, 조합최적화문제는 기계학습 이나 딥러닝 의계산처리그자체이며따라서, 이를빨리풀게되면고급인공지능을실현할수있는가능성이높아짐 구글은퀀텀어닐러 v2.0 개발계획외에도양자컴퓨터와기존컴퓨터를조합해서활용한다는계획과, 수년내에 100 개의 양자비트 ( 큐비트, qubit) 를탑재한양자컴퓨터를실현하겠다는정책을분명히하였음 구글은 2013 년이후양자컴퓨터와관련해다양한계획을발표하고있으며, 이번발표는양자게이트방식과양자어닐링방식의두가지양자컴퓨터를모두개발하겠다고나선것 [ 표 1] 구글의양자컴퓨터관련주요개발동향 발표시기 주요내용 2013 년 5 월 양자인공지능연구소설립, D-웨이브시스템즈의양자컴퓨터를도입 2014 년 9 월 양자게이트방식의양자컴퓨터개발계획을발표 2015 년 12 월 D-웨이브가기존컴퓨터보다 1 억배빠르다는연구결과를발표 2016 년 6 월 양자게이트방식으로양자어닐링방식을시뮬레이션하는기술을발표 2016 년 6 월 양자어닐링방식의양자컴퓨터개발계획을발표 < 자료 > IITP 정리 구글은 2013 년 5 월미항공우주국 (NASA) 과공동으로 Quantum Artificial Intelligence Lab (QuAIL, 양자인공지능연구소 ) 를설립하고 D-웨이브시스템즈의양자어닐링방식양자컴퓨터를도입 2014 년 9 월양자게이트방식연구를위해미국캘리포니아대학산타바바라 (UCSB) 의존마티니교수팀과협력하여양자게이트방식의양자컴퓨터를개발한다고발표 이어 2015 년 12 월에는 D-Wave 2X 가기존컴퓨터에비해조합최적화문제를 1 억배 (10 의 8 승배 ) 빨리풀수있다는검증결과를발표 2016 년 6 월 9 일에는이양자게이트방식의양자컴퓨터를사용하여양자어닐링을시뮬레이션하는기술을발표함으로써두기술방식의접목을시도 정보통신기술진흥센터 31
그리고이번 AQC 2016 에서구글은양자어닐링방식의양자컴퓨터 Quantum Annealer v2.0 을새로개발하고있다고밝혔으며, Quantum Annealer( 양자어닐러 ) 는양자어닐링에특화된컴퓨터라는뜻임 결국구글은양자게이트방식과양자어닐링방식의두가지유형양자컴퓨터를모두개발하고있는것이며, 양자를접목한제 3 유형의개발을시도하고있음 이번에발표된양자어닐러가 v2.0( 버전 2.0) 이라불리는것은기존 D-웨이브시스템즈가개발한양자컴퓨터의약점을개선하고있기때문 구글에따르면, 양자어닐러 v2.0 은 D-웨이브시스템즈의양자컴퓨터에비해 1 양자비트의 간섭성 (coherence) 시간, 2 양자비트사이의연결성, 3 시스템의제어성등 3 가지측면에서개선을기대 양자비트는 0 과 1 이 겹쳐진상태 로동시에존재하는비트이며, 양자어닐러 v2.0 에서는 UCSB 의마티니교수가양자게이트방식전용으로개발해온초전도회로에의한양자비트기술을사용함 구글은초전도회로에존재하는 1/f 노이즈 를크게줄임으로써양자비트의 간섭성시간 을기존 D-웨이브시스템즈가만든양자비트보다길게할계획임 간섭성시간은양자비트에서 0 과 1 이겹쳐진상태로동시에존재하는시간으로, 구글에따르면양자비트의간섭성시간을길게할수있다면양자컴퓨터의성능을크게향상시킬수있다고함 양자어닐러 v2.0 에서는 D-웨이브시스템즈의양자컴퓨터가지닌약점인양자비트의취약한연결성도개선하여성능향상을도모할계획 양자어닐링방식의양자컴퓨터는양자비트를이어맞추는것으로, 특수한자성체인 스핀글래스 를본뜬 3 차원이징 (Ising) 모델 이라는모형을구성함 그리고 3 차원이징모델에서각스핀간의상호작용패턴 ( 스핀사이에서 강자성 과 반강자성 중어느쪽으로상호작용이작동하는지 ) 을풀고싶은최적화문제의패턴에맞춘다음, 거기서양자역학의어닐링현상을실제로생성함 이때양자어닐링을발생시킨후양자비트의수치가풀고싶은문제의해결책이됨 원래는스핀간의상호작용을자유롭게구성할수있도록모든양자비트가서로연결되어있는것이바람직하지만, D-웨이브의양자컴퓨터는일부양자비트만을상호연결하 32 www.iitp.kr
최신 ICT 이슈 < 자료 > Google [ 그림 2] 구글양자어닐러 (Quantum Annealer) v2.0 의양자비트연결형태 는 키메라그래프 의형태를띠고있음 D-웨이브의양자컴퓨터성능이제대로나오지않는다고하는이유중하나가바로키메라그래프에있다고볼수있으며, 구글이이번에발표한양자어닐러 v2.0 에서는양자비트의형상을연구함으로써양자비트사이의연결성을높였다고함 즉, 양자비트가적은경우는모든양자비트를 1 대 1 로연결하는것이가능하고, 양자비트가늘어난경우에도 D-웨이브의키메라그래프보다연결성이높은 Weaving( 위빙 ) 이나 Neocortex( 네오코텍스 ) 라는그래프구조를실현할수있다고함 구글은이렇게개선한양자어닐링방식의양자컴퓨터를기존방식의슈퍼컴퓨터와조합해활용할방침이라밝히고있음 구글의양자인공지능연구소를이끄는하트무트네벤은 AQC 2016 강연에서기존방식의슈퍼컴퓨터는고속탐색알고리즘의 Parallel Tempering( 복제교환법 ) 을실행하고, 그것을양자컴퓨터와결합한다는것 조합최적화문제 중일부는기존방식의컴퓨터로더효율적으로풀수도있고, 양자어닐링방식의양자컴퓨터를사용해더효율적으로풀수있는경우도있으므로, 두방식을결합하면조합최적화문제를기존보다훨씬빠르게풀수있을것으로기대됨 한편, 현재는구글소속이기도한 UCSB 의마티니교수는 AQC 2016 강연에서구글이수년내양자비트를 100 개탑재한양자컴퓨터를실현할것이라고공개 또한, 양자컴퓨터의성능이기존방식의모든슈퍼컴퓨터의성능을초월하는 Quantum Supremacy( 퀀텀슈프레머시 ) 를실현할방침임을밝혔음 불과몇년전까지양자컴퓨터는 수십년후의기술 로주목받고있었으나, 이에대해구 정보통신기술진흥센터 33
글은양자컴퓨터는 몇년후의기술 이라주장하기시작하고있음 D-웨이브시스템즈의양자컴퓨터가판매되고있으나기술적으로양자컴퓨터라부를수있는지에대해서는논란이있어왔는데, 구글이문제점개선계획을발표하며양자컴퓨터는기술적으로좀더진화될것으로기대 구글개선계획의기반이되는양자어닐링방식은인공지능기술과도밀접한연관이되는만큼, 구글의양자컴퓨터개발동향은향후인공지능및자율주행차기술상용화와관련해서도더욱주목할필요가있음 한편구글은 7 월초, 양자컴퓨터를사용한해킹공격을대비하여새로운보안알고리즘을개발하고있다며, 크롬브라우저의데스크톱버전인카나리에디션에포스트양자알고리즘을이용한암호화테스트를시작했다고발표 양자컴퓨터가상용화되면압도적인처리능력으로현재쓰이고있는암호화프로토콜인 TLS 를쉽게해독할수있을것으로보고이에대한대응책을마련한다는것이며, 이역시구글이수년내양자컴퓨터가본격상용화될것이라보고있음을드러내주는것임 [ 참고문헌 ] [1] Google is already fighting hackers from the future with post-quantum cryptography, Mashable, 2016. 7. 8. [2] Andy Rubin Sees AI and Quantum Computers as Next Big Thing, Bloomberg, 2016. 6. 15. [3] Google Puts D-Wave Quantum Computer To Work, InformationWeek, 2016. 6. 13. [4] Google Reports Progress on a Shortcut to Quantum Supremacy, MIT Technology Review, 2016. 6. 9. 34 www.iitp.kr