[사이언스 리뷰］양자 ICT시대를 준비하자

▲ 최병수 ETRI 양자창의연구실장

우리는 ICT의 비약적 발전에 기여를 통해 많은 혜택을 보았다. ICT는 정보의 수집, 전달, 저장, 처리, 가공하는 모든 행위에서 기술적 측면을 의미한다. 정보라는 단어는 추상적 언어를 기술적으로 다루기 위해 주로 이진법이 사용되어 왔고 표현 단위는 비트(bit)였다. 비트 기술의 비약적 발전은 표현하는 물리적 단위를 매우 작게 만드는 방법으로 발전하여 왔다. 비트를 계속 작게 만드는 방법은‘무어의 법칙’과‘켁의 법칙’처럼 컴퓨팅과 통신 분야에 모두 적용되었다. 하지만, 작게 만드는 방법에는 한계가 있다. 이를 반영하듯 지난해 국제반도체기술로드맵(ITRS)은‘무어의 법칙’을 더 이상 따르는 것이 무리라고 공식 발표하였다. 이에 따라 비트가 아닌 새로운 형태의 정보 표현이 필요하게 되었다. 비트 세계에서 정보란 한 순간에 0과 1의 값 중 하나를 갖는 것을 묵시적으로 의미한다. 하지만, 비트기술이 발전하면서 나노크기의 정보표현기술에서 이분법적 정보 표현이 어렵게 되었다. 이처럼 나노 크기의 물질에 대한 역학이 바로 양자역학이다. 이미 20세기 초부터 많은 학자들에 의해 연구가 진행되었다.

이에 따라, 양자역학적 수준에서 비트를 새롭게 정의할 필요성이 생겼다.‘양자비트’로 설명할 수 있는데 바로 퀀텀비트를 의미하는 큐비트(qubit)가 파생되었다. 큐비트에 기반한 양자 ICT는 기존 비트에 기반한 ICT에 비해 몇 가지 중요한 ICT적 차이점을 갖는다. 먼저 비트는 한 순간에 0 또는 1 중 하나를 표현해야 하지만, 큐비트는 0과 1의 중간상태 그것도 복소수 형태의 중간상태를 표현할 수 있다. 또한 비트와 달리 복소수 연산에서처럼 위상에 의한 보강, 상쇄간섭이 나타난다. 그리고, 다수의 큐비트는 시·공간적으로 상관성을 가질 수 있다. 이러한 강점은 기존의 비트기반 병렬연산에 비해 큐비트기반 병렬연산이 또 다른 차원의 계산능력을 제공한다. 이러한 요소가 극적으로 반영되는 분야가 바로 양자컴퓨팅이다. 큐비트는 관측을 하는 순간 비트형태로 바뀌며, 모르는 미지의 큐비트는 복사도 불가능하다. 이러한 특성은 정보에 대한 보안성 측면에서 비트가 제공하기 어려운 다른 차원의 보안성을 제공한다. 큐비트는 계산성과 보안성 두 가지 측면에서 비트와는 차원이 다른 강점을 제공한다. ICT의 핵심이 정보의 처리와 전송, 그리고 보안성이라고 볼 때, 양자ICT는 고전ICT가 갖지 못하는 새로운 강점을 갖는 셈이다.

21세기는 20세기까지 진행되었던 3차 산업혁명을 넘어서 4차 산업혁명이 진행중이다. 4차 산업혁명의 중요한 원동력이 ICT의 고도화라고 볼 때, 비트기반 ICT와는 다른 차원의 강점을 갖는 큐비트기반 ICT는 4차 산업혁명에서 매우 중요한 기반기술이 될 것이다. 양자ICT에 대한 기술적, 산업적, 사회적 중요성 때문에 대부분의 주요 국가에서 양자ICT기술을 미래 핵심 경쟁력으로 인식하고, 연구개발에 집중하고 있다. 특히, 초기 연구개발 진척을 위한 국가차원 노력이 분주하다.

우리나라의 경우, ICT에 대한 의존도가 특히 높다. 따라서, 양자ICT에 대한 국가차원의 연구개발 선도 전략은 매우 중요하다. 우리나라 ICT 경쟁력의 근간이 되는 기술을 연구하는 필자 또한 막중한 책임을 느낀다. 정부출연연구원 연구자 역할은 미래경쟁력 확보를 위한 핵심원천기술을 확보하는 것이라 생각된다. 따라서 양자ICT에 대한 연구개발을 더욱 강화해야할 필요성이 있다.

최병수 ETRI 양자창의연구실장

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