2011.06.20

IBM의 새로운 미래 : 양자 컴퓨팅

Patrick Thibodeau | CIO

지난 주 IBM은 기술 혁신에서 이룩한 업적들과 함께 창립 100주년을 기념했다. IBM은 DRAM과 디스크 드라이브, 신용카드에 쓰이는 자기 띠를 비롯해 많은 혁신적인 발명품을 만들었다. IBM은 세계에서 가장 혁신적인 기업 중 하나라고 해도 과언이 아니다.
 
하지만 컴퓨팅 산업은 실리콘 칩 도입과 함께 시작된 시대가 그랬던 것처럼 급진적으로 그리고 파괴적으로 새로운 미래로 옮겨가고 있다. 그 미래는 양자 컴퓨팅이다. 이는 양자의 특성을 이용해 현재 트랜지스터가 맡고 있는 연산을 실행하는 시스템이다.
 
물론 이런 미래가 실현되려면 10~20년 이상은 더 걸릴 것으로 판단되고 있다. 그러나 이런 양자 컴퓨팅의 잠재성이 실현되면, 수십 년 전 실리콘 밸리에서 이미 한 차례 경험했던 것과 유사한 방식으로 칩과 하드웨어 설계에 있어 발전이 가속화될 전망이다.
 
IBM의 혁신 부문 부사장이자 펠로우인 버나드 메이어슨은 "우리가 지금 어떤 식으로 게임을 바꾸려고 하는지 생각해보기 바란다"고 말했다. 메이어슨은 IBM이 지난 100년의 성과를 뛰어 넘을 수 있도록 지원하는 역할을 맡고 있으며, 칩 산업의 변화에 대해 이야기를 한 이유 중 하나이다.
 
“트랜지스터의 발전, 양자 컴퓨팅으로 이어진다”
트랜지스터는 '무어의 법칙'에 충실하고, 오늘날 최첨단 프로세서의 1/10 크기로 줄어들면서 양자를 기반으로 한 동작이 가능할 정도로 작아질 전망이다. 메이어슨은 이를 두고 "전례가 없는 크기가 될 것"이라고 강조했다.
 
그러나 이렇듯 한계치를 뛰어 넘을 정도로 크기가 줄어들고 난 후에도 발전은 계속될 전망이다. 엔지니어들은 칩 블록과 통합 수준을 높인 시스템을 구축하고, 메모리와 캐싱, 프로세스 속도를 개선할 것이다.
 
이런 발전은 20년 동안 계속될 것이다. 메이어슨은 "이후에는 한층 완벽하게 준비가 된 상태가 된다"고 설명했다. 그리고 이런 준비를 통해 구현할 수 있게 되는 기술 중 하나가 양자 컴퓨팅이다.
 
IBM 리서치의 양자 컴퓨팅 부문 수석 관리자인 빌 갤러허에 따르면, IBM의 연구원들은 몇 년 동안 양자 컴퓨팅의 이론과 잠재성에 대해 연구를 해 왔고, 최근에는 그 개념을 직접 실험하기도 했다.
 
갤러허는 "양자 컴퓨팅은 IBM에서 가장 중요한 기초 연구 프로젝트 중 하나이고, 규모도 가장 큰 프로젝트 중 하나라고 할 수 있다. 그러나 많은 발전이 있었지만 아직까지 가야 할 길이 많이 남아있다"고 말했다.
 
일반적인 컴퓨터는 0이나 1로 비트를 수집한다. 그러나 양자 비트는 0과 1을 동시에 보유할 수 있다. 양자 컴퓨터는 순차적으로 연산을 하지 않는다. 따라서 연산 능력이 기하급수적으로 증가한다. 이런 2개의 양자 비트, 즉 큐비트(Qubit)는 4개의 별개 상태(distinct states)를 유지해 동시해 처리할 수 있다. 3개의 큐비트는 8개를 상태를 유지할 수 있고, 10개 큐비트는 1,024개의 상태를 유지할 수 있다. 그리고 연구원들은 언젠가는 수천 큐비트를 확보한 컴퓨터가 등장할 것이라고 전망하고 있다.
 
그러나 원자보다 적은 양자 컴퓨팅의 세계가 열리기까지는 많은 어려움이 있다. 원자와 전자소자가 안정적으로 연산을 실행하는 상태인 '양자 결맞음(Quantum Coherence)' 상태를 유지하는 방법 중 하나는 열 간섭을 줄이기 위해 절대 영도(섭씨 -273.16도)에 가까운 온도에서 프로세스를 처리하고, 초전도 금속을 이용하는 것이다. 그리고 연구원들은 이런 양자 결맞음 상태를 장시간 유지할 수 있도록 만드는 방법을 찾는데 난관에 부딪힌 상태이다.
 
신생업체의 도전과 높은 성공 가능성
연구가 계속되고 있는 동안 양자 컴퓨팅 시장 또한 열리고 있다.
 
한 가지 우려는 양자 컴퓨터가 암호 체계를 통한 보호 방식을 무너뜨릴 수 있다는 것이다. 보안 전문업체인 시큐리티 이노베이션(Security Innovation)은 이런 문제에 대처하기 위해 양자 컴퓨팅 공격에 대처할 수 있는 NTRUSignTM이라는 공개키 알고리즘을 개발해 이미 특허까지 취득한 상태이다.
 
이 회사의 수석 과학자인 윌리엄 휘테는 "향후 10년을 내다보고 있지만, 업그레이드가 힘든 보안 체계가 필요한 시스템을 구축하려는 사람들은 양자 컴퓨팅에 대해 숙고를 해야 한다."고 말했다.
 
시큐리티 이노베이션은 양자 컴퓨팅에 중점을 둔 개척업체 중 하나이다. 휘테는 양자 컴퓨팅 시장이 발전하면서 이를 대상으로 한 다양한 아이디어와 소재들이 쏟아져 나올 것이라고 예측했다. 또 "아주 혁신적인 아이디어들이 쏟아져 나올 것이고, 신생 업체들이 이런 잠재성을 이용해 기존 업체를 뛰어 넘으려 할 것"이라고 덧붙였다.
 
이미 양자 컴퓨팅 시스템을 구축한 곳도 있다. 캐나다 브리티시 컬럼비아주 버나비에 소재한 D웨이브(D-Wave)라는 곳이다. D웨이브는 지난 달 자사가 개발한 첫 번째 시스템을 록히드 마틴(Lockheed Martin)에 판매했다고 발표했다. 또 같은 달 과학 저널인 네이처에 연구 결과를 발표하기도 했다.
 
공동 설립자이자 CTO인 지오디 로즈에 따르면, 설립 12년차인 D웨이브는 현재 128 큐비트 프로세스에 대한 연구를 하고 있다.
 
양자 시스템은 기계의 학습, 인공 지능 등 기존 컴퓨터에서는 불가능했던 문제들을 풀 수 있을 것으로 기대되고 있다. 최선의 답을 찾기 위해서는 여러 가능성들을 살펴볼 필요가 있는 문제들이다.
 
로즈는 초기 개발 단계에서는 신생업체들이 유리할 것으로 보고 있다. "관료적이지 않고, 비전의 역할이 훨씬 중요하기 때문“이라는 것. D-웨이브는 양자 컴퓨팅이라는 신 분야에서는 신생업체들이 기존 업체들에게 많은 도전을 불러올 수 있다는 사실을 보여주고 있기도 하다.
 
IBM의 메이어슨은 유명한 발명가이다. 많은 특허를 보유하고 있고, 실리콘 게르마늄 기술 개발에도 큰 공헌을 했다. 메이어슨의 연구팀은 새로운 분야에서 돌파구가 될 만한 기술을 개발하는데 중점을 두고 있지만, 이와 동시에 IBM이 기존 기술을 지속적으로 발전시킬 수 있도록 공헌해야 하는 책무를 지고 있다.
 
메이어슨은 이런 2가지 활동이 모두 중요하다며, "IBM은 문화적으로 이 2가지 활동 모두에 가치를 부여하고 있다. 그렇지 못한 업체는 어려움을 겪게 된다는 것을 알고 있기 때문“이라고 강조했다.  editor@itworld.co.kr




2011.06.20

IBM의 새로운 미래 : 양자 컴퓨팅

Patrick Thibodeau | CIO

지난 주 IBM은 기술 혁신에서 이룩한 업적들과 함께 창립 100주년을 기념했다. IBM은 DRAM과 디스크 드라이브, 신용카드에 쓰이는 자기 띠를 비롯해 많은 혁신적인 발명품을 만들었다. IBM은 세계에서 가장 혁신적인 기업 중 하나라고 해도 과언이 아니다.
 
하지만 컴퓨팅 산업은 실리콘 칩 도입과 함께 시작된 시대가 그랬던 것처럼 급진적으로 그리고 파괴적으로 새로운 미래로 옮겨가고 있다. 그 미래는 양자 컴퓨팅이다. 이는 양자의 특성을 이용해 현재 트랜지스터가 맡고 있는 연산을 실행하는 시스템이다.
 
물론 이런 미래가 실현되려면 10~20년 이상은 더 걸릴 것으로 판단되고 있다. 그러나 이런 양자 컴퓨팅의 잠재성이 실현되면, 수십 년 전 실리콘 밸리에서 이미 한 차례 경험했던 것과 유사한 방식으로 칩과 하드웨어 설계에 있어 발전이 가속화될 전망이다.
 
IBM의 혁신 부문 부사장이자 펠로우인 버나드 메이어슨은 "우리가 지금 어떤 식으로 게임을 바꾸려고 하는지 생각해보기 바란다"고 말했다. 메이어슨은 IBM이 지난 100년의 성과를 뛰어 넘을 수 있도록 지원하는 역할을 맡고 있으며, 칩 산업의 변화에 대해 이야기를 한 이유 중 하나이다.
 
“트랜지스터의 발전, 양자 컴퓨팅으로 이어진다”
트랜지스터는 '무어의 법칙'에 충실하고, 오늘날 최첨단 프로세서의 1/10 크기로 줄어들면서 양자를 기반으로 한 동작이 가능할 정도로 작아질 전망이다. 메이어슨은 이를 두고 "전례가 없는 크기가 될 것"이라고 강조했다.
 
그러나 이렇듯 한계치를 뛰어 넘을 정도로 크기가 줄어들고 난 후에도 발전은 계속될 전망이다. 엔지니어들은 칩 블록과 통합 수준을 높인 시스템을 구축하고, 메모리와 캐싱, 프로세스 속도를 개선할 것이다.
 
이런 발전은 20년 동안 계속될 것이다. 메이어슨은 "이후에는 한층 완벽하게 준비가 된 상태가 된다"고 설명했다. 그리고 이런 준비를 통해 구현할 수 있게 되는 기술 중 하나가 양자 컴퓨팅이다.
 
IBM 리서치의 양자 컴퓨팅 부문 수석 관리자인 빌 갤러허에 따르면, IBM의 연구원들은 몇 년 동안 양자 컴퓨팅의 이론과 잠재성에 대해 연구를 해 왔고, 최근에는 그 개념을 직접 실험하기도 했다.
 
갤러허는 "양자 컴퓨팅은 IBM에서 가장 중요한 기초 연구 프로젝트 중 하나이고, 규모도 가장 큰 프로젝트 중 하나라고 할 수 있다. 그러나 많은 발전이 있었지만 아직까지 가야 할 길이 많이 남아있다"고 말했다.
 
일반적인 컴퓨터는 0이나 1로 비트를 수집한다. 그러나 양자 비트는 0과 1을 동시에 보유할 수 있다. 양자 컴퓨터는 순차적으로 연산을 하지 않는다. 따라서 연산 능력이 기하급수적으로 증가한다. 이런 2개의 양자 비트, 즉 큐비트(Qubit)는 4개의 별개 상태(distinct states)를 유지해 동시해 처리할 수 있다. 3개의 큐비트는 8개를 상태를 유지할 수 있고, 10개 큐비트는 1,024개의 상태를 유지할 수 있다. 그리고 연구원들은 언젠가는 수천 큐비트를 확보한 컴퓨터가 등장할 것이라고 전망하고 있다.
 
그러나 원자보다 적은 양자 컴퓨팅의 세계가 열리기까지는 많은 어려움이 있다. 원자와 전자소자가 안정적으로 연산을 실행하는 상태인 '양자 결맞음(Quantum Coherence)' 상태를 유지하는 방법 중 하나는 열 간섭을 줄이기 위해 절대 영도(섭씨 -273.16도)에 가까운 온도에서 프로세스를 처리하고, 초전도 금속을 이용하는 것이다. 그리고 연구원들은 이런 양자 결맞음 상태를 장시간 유지할 수 있도록 만드는 방법을 찾는데 난관에 부딪힌 상태이다.
 
신생업체의 도전과 높은 성공 가능성
연구가 계속되고 있는 동안 양자 컴퓨팅 시장 또한 열리고 있다.
 
한 가지 우려는 양자 컴퓨터가 암호 체계를 통한 보호 방식을 무너뜨릴 수 있다는 것이다. 보안 전문업체인 시큐리티 이노베이션(Security Innovation)은 이런 문제에 대처하기 위해 양자 컴퓨팅 공격에 대처할 수 있는 NTRUSignTM이라는 공개키 알고리즘을 개발해 이미 특허까지 취득한 상태이다.
 
이 회사의 수석 과학자인 윌리엄 휘테는 "향후 10년을 내다보고 있지만, 업그레이드가 힘든 보안 체계가 필요한 시스템을 구축하려는 사람들은 양자 컴퓨팅에 대해 숙고를 해야 한다."고 말했다.
 
시큐리티 이노베이션은 양자 컴퓨팅에 중점을 둔 개척업체 중 하나이다. 휘테는 양자 컴퓨팅 시장이 발전하면서 이를 대상으로 한 다양한 아이디어와 소재들이 쏟아져 나올 것이라고 예측했다. 또 "아주 혁신적인 아이디어들이 쏟아져 나올 것이고, 신생 업체들이 이런 잠재성을 이용해 기존 업체를 뛰어 넘으려 할 것"이라고 덧붙였다.
 
이미 양자 컴퓨팅 시스템을 구축한 곳도 있다. 캐나다 브리티시 컬럼비아주 버나비에 소재한 D웨이브(D-Wave)라는 곳이다. D웨이브는 지난 달 자사가 개발한 첫 번째 시스템을 록히드 마틴(Lockheed Martin)에 판매했다고 발표했다. 또 같은 달 과학 저널인 네이처에 연구 결과를 발표하기도 했다.
 
공동 설립자이자 CTO인 지오디 로즈에 따르면, 설립 12년차인 D웨이브는 현재 128 큐비트 프로세스에 대한 연구를 하고 있다.
 
양자 시스템은 기계의 학습, 인공 지능 등 기존 컴퓨터에서는 불가능했던 문제들을 풀 수 있을 것으로 기대되고 있다. 최선의 답을 찾기 위해서는 여러 가능성들을 살펴볼 필요가 있는 문제들이다.
 
로즈는 초기 개발 단계에서는 신생업체들이 유리할 것으로 보고 있다. "관료적이지 않고, 비전의 역할이 훨씬 중요하기 때문“이라는 것. D-웨이브는 양자 컴퓨팅이라는 신 분야에서는 신생업체들이 기존 업체들에게 많은 도전을 불러올 수 있다는 사실을 보여주고 있기도 하다.
 
IBM의 메이어슨은 유명한 발명가이다. 많은 특허를 보유하고 있고, 실리콘 게르마늄 기술 개발에도 큰 공헌을 했다. 메이어슨의 연구팀은 새로운 분야에서 돌파구가 될 만한 기술을 개발하는데 중점을 두고 있지만, 이와 동시에 IBM이 기존 기술을 지속적으로 발전시킬 수 있도록 공헌해야 하는 책무를 지고 있다.
 
메이어슨은 이런 2가지 활동이 모두 중요하다며, "IBM은 문화적으로 이 2가지 활동 모두에 가치를 부여하고 있다. 그렇지 못한 업체는 어려움을 겪게 된다는 것을 알고 있기 때문“이라고 강조했다.  editor@itworld.co.kr


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