[시사주간=오영주 기자] 연산처리 속도가 세계 500위 이내에 해당하는 슈퍼 컴퓨터는 계산 속도가 매우 빠르고 많은 자료도 꾸준히 처리할 수 있어 최고의 컴퓨터라 불린다. 이러한 슈퍼 컴퓨터도 며칠에 걸쳐 겨우 푼 문제를 단 몇 분 만에 해결하는 컴퓨터가 나타났다. 바로 슈퍼 컴퓨터보다 1000배 정도 빠른 속도를 자랑하는 양자 컴퓨터다.

양자 컴퓨터는 트랜지스터 및 커패시터 기반의 2진법 디지털 전자 컴퓨터와는 완전히 다르다. 양자 중첩의 지수적인 정보 표현, 양자 얽힘을 이용한 병렬 연산과 같은 양자역학적인 물리현상을 활용해 계산을 수행하며, 50큐비트(qubit, 양자컴퓨터의 계산 단위) 양자컴퓨터는 2의 50제곱의 숫자를 한 단위로 하여 계속 연산할 수 있다. 

구글의 경우, 디지털 슈퍼 컴퓨터로 1만년이 걸릴 것이라 예상한 문제를 2019년 53큐비트의 양자컴퓨터로 3분 20초만에 풀어냈다. 이 문제는 며칠 뒤 IBM이 지상 최고의 수퍼컴퓨터로 계산을 했을 때도 이틀 반이나 소요됐다.  

QIT 추적 웹사이트 퀀텀 컴퓨팅 리포트를 운영하는 더그 핀케(Doug Finke)는 양자 컴퓨터가 2030년에는 50억~100억 달러의 시장을 형성할 것이라고 미래를 점쳤다. 시장 분석 회사인 트랙티카는 양자 컴퓨팅에 투입하는 자금이 2020년 2억 6천만 달러에서 2030년에 91억 달러로 급증할 것이라고 내다봤다. 또 미국의 컨설팅업체 맥킨지앤드컴퍼니의 보고서에 따르면, 2030년까지 전 세계적으로 양자컴퓨터 2000~5000대가 보급돼 산업 전반에서 운영될 전망이다.

◇ 양자 컴퓨터는 상용화 전? 클라우드 컴퓨팅 분야는 이미 주목

현재 양자 컴퓨터는 대형 크기와 예민한 보관 방법으로 인해 일반 디지털 컴퓨터와 같은 상용화는 이뤄지기 전이지만, 앞으로 다양한 사업 분야에서 두각을 나타낼 것으로 보인다. 

먼저, IT 인프라 관리에서 변화를 가져올 것으로 기대된다. 양자 파워를 사용하면 구성 변경이 롤아웃되기 전에 전사적 영향을 신속하게 모델링하여 인적 오류를 제거하고 시간을 절약할 수 있다. 또 양자 기술은 자동으로 대규모 문제를 식별하여 더 심각한 문제로 발전하기 전에 예방할 수도 있다.

클라우드 컴퓨팅 분야에서도 주목하고 있다. IBM은 초기 단계의 양자 컴퓨팅 체험 서비스를 클라우드 기반으로 운영하고 있다.  IBM ‘양자 경험 (Quantum Experience)’ 클라우드서비스는 이미 2020년 4월 기준으로 22만 5천 명이 경험했으며, 100개 이상의 회사가 Q 프리미엄 서비스에 유료 가입했다.

IBM 리서치(IBM Research)의 제프리 웰서 부사장은 “양자 컴퓨팅을 클라우드에 접목하면 (클라우드 서비스를 제공받는) 고객들이 직접 양자 컴퓨터를 만들지 않아도 양자 컴퓨팅에 접근할 수 있다"라고 언급했다. 아마존은 작년 8월 자사의 클라우딩 서비스인 아마존 웹 서비스를 이용하는 모든 고객에게 양자 컴퓨터를 개방했다.

우리나라에서도 양자 컴퓨터용 클라우드 인프라를 위한 투자에 나섰다. 삼성전자는 양자컴퓨터 플랫폼 기술을 보유한 이스라엘 양자 컴퓨터 스타트업 퀀텀머신(Quantum Machines)에 5000만 달러(578억5000만 원) 규모의 시리즈 B 투자에 나섰다. 이타마르 시반(Itamar Sivan) 퀀텀머신 최고경영자(CEO)는 “이번 투자는 양자 컴퓨터용 클라우드 인프라를 구축하기 위한 중요한 진전”이라고 말했다.

◇ ‘양날의 검’ 양자 컴퓨터, 보안 분야에는 적신호

중요한 것은 양자 컴퓨터의 성능이 너무 높다 보니, 데이터 암호화와 같은 사이버 보안에 강력한 적이 될 수도 있다는 점이다. 

현재의 암호화 방법은 기존의 컴퓨터로 해독하기에는 오랜 시간이 걸리지만, 양자 컴퓨터는 이 시간을 수십 배 줄여 단번에 암호를 풀어낼 수도 있다. 10년 후 기존 통신망이 양자컴퓨터를 통해 뚫릴 수 있다는 전망이 나오는 만큼 자칫 잘못할 경우 데이터베이스, 이메일 및 군사 통신과 같은 주요 정보가 유출될 수도 있다. 

미국 국가 방첩 및 보안 센터(US National Counterintelligence and Security Center)는 보고서를 통해 “양자 컴퓨터를 적대적인 사용자가 이용할 경우, 국가 안보 시스템과 국가에 치명적일 수 있다”고 밝혔다. 양지원 한국국방연구원 국방자원연구센터 연구위원은 “기존 컴퓨터로 100년이 걸리는 암호 해독이 양자 컴퓨터를 사용할 경우 수분 내 종료될 수 있다”고 평가했다.

이와 관련, 국내기업이 양자 컴퓨터 보안위협에 맞선 강력한 기술을 선보여 눈길을 끌기도 했다. SK텔레콤은 국제망 서비스에서 양자컴퓨터 보안위협에 대응하기 위해 양자내성암호를 적용한 글로벌 PQC기반 가상사설망(VPN) 서비스 개발에 성공했다고 밝혔다. 

글로벌 PQC기반 VPN은 클라우드를 활용해 국내외 본사와 지사간 네트워크를 구성해주는 VPN에 양자내성암호화기술(PQC)을 적용한 서비스다. SK텔레콤은 미국표준기술연구소(NIST)에서 국제표준으로 검토 중인 PQC 후보 알고리즘들을 활용해 글로벌 VPN 서비스에 상용 테스트를 수행하고, 내년 상용화할 계획이다. 

정부도 양자내성암호 등 암호원천기술 개발에 내년부터 3년 간 243억원을 투자하는 등 발벗고 나선다. 과학기술정보통신부는 지난 달 18일 대통령 직속 4차산업혁명위원회 산하 데이터특별위원회 제7차 회의에서 데이터보호 핵심기술 개발전략을 발표했다.

과학기술정보통신부는 암호화된 상태로 데이터 분석과 연산이 가능한 동형암호 기술과 양자 컴퓨터를 이용한 공격에도 해킹이 불가능한 양자내성암호 기술 개발에 각각 123억원, 120억원을 투입한다.

조경식 과기정통부 차관은 "데이터 활용 촉진을 위해서는 개인정보 유출 등으로부터 안심할 수 있는 환경이 중요하다"며 "데이터 보호기술로 안전한 데이터 이용환경을 만들고 데이터의 경제적 가치를 보전해 데이터 신사업 성장을 지원하겠다"고 말했다. SW

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