2020.02.19

핵심 인재, 산학계 파트너, 연구 성과로 본 '마이크로소프트의 양자컴퓨팅'

Tamlin Magee | Computerworld UK
엔터프라이즈 양자컴퓨팅 연구를 선도하는 기술 기업은 누구인가? 양자컴퓨팅 연구의 대표 주자 중 하나인 마이크로소프트가 현재 업계 및 학술계와 손잡고 어떠한 연구를 진행 중이며 향후 이러한 연구의 결과가 어떤 영향을 미칠지 알아보자. 
 
ⓒMicrosoft


올해 스위스 다보스에서 열린 세계경제포럼의 의제에는 암울한 분위기가 스며들어 있었다. 지난 몇 년간 기술에 대한 낙관론이 많았던 것과는 큰 차이가 있었다. 민족주의, 불안정, 불평등이 크게 확대되었기 때문이다.

그러나 마이크로소프트의 참석자들은 기후 재앙 종식, 의료 및 보건 분야의 놀라운 발견, 오랜 세월 동안의 연구를 단 몇 개월 심지어 몇 주나 며칠 만에 완료할 수 있는 능력 등 실제 작동하는 양자컴퓨팅의 발전에 도움을 받는 새로운 세상에 대한 비전을 제시했다.

예일대학교에서 양자 물리학 박사 학위를 취득한 줄리 러브 박사는 마이크로소프트의 신임 시니어 디렉터로 양자 분야를 담당하고 있다. 지난달 다보스에서 러브에 따르면 새로운 컴퓨팅 방식은 포럼에 참석한 CEO, 학자, 경제학자, 언론인들에게 주요 관심사임이 입증됐다.

러브는 <컴퓨터월드UK>와 가진 인터뷰에서 “기하급수적으로 향상될 잠재력이 매우 크다. 데이터와 AI 시스템이 확대되고, 무어의 법칙이 종식된 가운데 컴퓨터 속도와 성능에서는 큰 발전은 없다. 이에 컴퓨팅 분야에 이것이 필요한 실정이다”라고 말했다.

양자컴퓨팅은 ‘알려진 우주’의 원리에 대한 발견, 기후 변화에 따른 영향 경감, 기존 암호의 완전한 해독 등 기존의 컴퓨터로는 제약이 있었던 문제들을 해결할 수 있는 잠재력이 있다.

처음에는 세상에 클리피(Clippy)를 도입해 소개한 회사와 문명에 큰 변화를 가져올 하드웨어를 연결하는 것이 반직관적으로 느껴질 수도 있다. 그러나 양자컴퓨팅이 해결할 수 있는 문제에는 상당한 설득력이 있음을 인정해야 한다.

언젠가 이를 구현하기 위해서는 많은 리소스가 필요한데, 마이크로소프트는 여기에 전력을 기울이고 있다. 마이크로소프트가 양자 ‘충격’이라고 부르는 것을 구현한다는 목표로 물리학자와 다양한 분야의 엔지니어들이 하드웨어와 소프트웨어 측면의 문제들을 해결하고 있는 글로벌 양자컴퓨팅 중심 네트워크를 구축한 것을 예로 들 수 있다.

러브는 “마이크로소프트가 하나의 회사로 추진했던 다른 중요한 하드웨어 개발과 일맥상통한다. 구체적 통계를 공개하지는 않았지만, 우리는 많은 리소스를 투입하고 있다. 우리에게 필요한 돌파구적 혁신을 고려하면서 아주 광범위한 규모로 글로벌 인재들로 구성된 팀을 만들고 있다. 전세계에 마이크로소프트 양자 연구소가 있다. 시작할 때부터 마이크로소프트에서는 이를 다룰 다양한 인재들을 찾을 수 없다는 점을 알고 있었기 때문이다”라고 말했다.

양자컴퓨팅 인재들은 수학자, 이론 물리학자, 칩 설계자, 소프트웨어 개발자, 기계 엔지니어, 소재 분야 과학자들로 구성되어 있다. 여기에서 언급하기 힘들 정도로 많은 사람이 마이크로소프트의 양자컴퓨팅 기술 개발에 공헌하고 있다. 중요 인사로는 스탠퍼드대학교 출신으로 엑스박스와 키넥트 등 비디오게임 하드웨어 시장 진출을 진두지휘했으며 지금은 양자 부문의 CVP인 토드 홈달, 2000년대 중반 마이크로소프트 퀀텀 스테이션Q의 초대 소장을 맡은 저명한 과학자인 마이클 프리드먼, 미국 물리학 협회 펠로우로 최근 함부르크 이론 물리학상을 받은 매티아스 트로이어 등을 꼽을 수 있다. 또 크리스타 스보어는 양자 시스템 제너럴 매니저로 레드먼드에 있는 마이크로소프트 연구 그룹을 통솔하고 있으며, 체탄 나야크는 양자 하드웨어 제너럴 매니저를 맡고 있다.

나노와이어에서 마요라나 입자에 대한 증거를 발견하는 등 양자 분야에서 여러 중요한 과학적 발견을 한 네덜란드 텔프트 공과대학교의 응용 물리학 교수인 레오 쿠오벤호벤은 마이크로소프트의 수석 연구원으로 일하고 있다.

그렇다면, 마이크로소프트가 실제 추진하고 있는 활동, 지금까지의 과정, 다음 단계는 무엇일까?
 


‘양자 충격(Quantum impact)’ 구현
양자 분야의 주요 업체들은 양자 ‘우월(Supremacy)’, 양자 ‘우위(Advantage)’, 양자 ‘충격(Impact)’ 등의 표현을 각자 선택해 사용하고 있다.

이런 개념들은 아직은 초창기인 양자컴퓨팅이 쉽게 해결할 수 없었던 문제들을 풀면서 전통적인 컴퓨터의 능력을 능가하는 단계를 의미한다. 양자컴퓨팅은 전통적인 방법으로는 수천 년이 걸릴 수 있는 문제 해결 시간을 몇 달, 몇 주, 며칠로 줄일 수 있다.

마이크로소프트가 선호하는 용어는 (모든 양자 커플링이 그렇듯)공상과학적 충격을 주는 것에 더해, 양자 세계가 가져올 변화의 무게감을 느끼게 해주는 ‘양자 충격’이라는 용어다.

마이크로소프트가 2019년 말 개최한 연례 이그나이트(Ignite) 컨퍼런스에서, 자신의 저서인 히트 리프레시(Hit Refresh)에서 양자컴퓨팅이 마이크로소프트의 전략 우선순위라고 강조했던 사티아 나델라 CEO는 애저 퀀텀이라는 이름으로 클라우드에 양자컴퓨팅을 도입하는 계획을 간략히 소개했다.

애저 퀀텀에는 지금까지 10여 년 동안의 연구 결과가 결집될 전망이다. 마이크로소프트는 애저의 클라우드 컴퓨팅 인터페이스를 개발자 우선 방식과 결합, 양자 개발 키트(Q#: Quantum Development Kit) 프레임워크와 함께 새로운 환경을 구현할 계획이다.

클라우드를 통한 접근은 궁극적으로 물리적 접근 없이도 사용자들이 공급이 부족할 수도 있는 엄청난 컴퓨팅 파워를 활용할 수 있게 도와준다. 컴퓨팅 측면의 방법론에 차이가 있기는 하지만, IBM 역시 IBM Q 익스피리언스 플랫폼으로 클라우드를 통한 프로토타입 양자 프로세스에 대한 접근을 제공하는 개념을 연구하고 있다.

마이크로소프트는 하드웨어와 소프트웨어에 파트너들과 협력하면서 종합적으로 접근하고 있다. 여기에는 1QBit, QCI, 포획 이온(Trapped ion) 양자컴퓨팅과 양자 서킷 구현 분야의 전문 기업으로 메릴랜드에 위치한 아이온큐(IonQ) 같은 신생 창업회사들도 포함되어 있다. 하드웨어의 경우, 우주항공 및 엔지니어링, 방산 분야의 대형 기업인 하니웰도 마이크로소프트와 협력하고 있다. 이 회사는 포획 이온 하드웨어 및 양자컴퓨팅 구현에 필요한 다른 제어 시스템에 대한 전문성을 갖고 있다.

지난해에는 극저온 CMOS 반도체 디자인도 발표했다. 이 회사에 따르면, 양자컴퓨팅에 필요한 온도인 절대 영도에 가까운 온도에서 운용 가능한 1cm2 칩과 3개 와이어를 통해 최대 5만 큐비트를 제어할 수 있는 디자인이다.

이들 파트너십의 대표적인 것이 바로 2019년 초에 양자컴퓨팅을 발전시키기 위해 발족한 광범위한 규모의 연합체인 마이크로소프트 퀀텀 네트워크다. 여기에는 케임브리지 퀀텀 컴퓨팅(Cambridge Quantum Computing), 퍼시픽 노스웨스트 내셔널 랩(Pacific Northwest National Laboratory), 쿠랩(Qulab), QCI 등이 참여하고 있다. 고객들은 넷웨스트(Netwest), 다우(Dow), 포드(Ford), 케이스 웨스턴(Case Western) 등이다.

퀀텀 네트워크의 학계 파트너로는 텔프트공과대학교, UC산타바바라, 퍼듀대학교, 워싱턴주립대학교, 아인트호벤공과대학교, 코펜하겐대학교, 시드니대학교 등이 있다.

마이크로소프트 퀀텀 네트워크와 직결된 이니셔티브는 양자컴퓨팅 토폴로지 발전에 대한 비전을 공유하는 퀀텀 랩스 이니셔티브다. 이에 대해서는 나중에 자세히 설명할 예정이다.

또한, 마이크로소프트는 양자 소프트웨어 개발에 집단의 지혜를 활용하는 오픈소스 프레임워크를 발전시킨다는 목표도 추구하고 있다. 연구기관들이 오픈소스 양자 개발 언어를 확산하려 시도하는 경쟁 업체 대신 마이크로소프트를 선택하는 이유는 무엇일까?

“사람들이 유용한 것을 원할 것”이라고 생각한다며 러브는 자신의 의견을 전했다. 

이어서 “전세계 사람들은 이 기술의 ‘파급력’을 실현하기 갈망한다. 오픈소스 소프트웨어는 하나의 구성요소지만, 실행 환경에서도 선택권이 있다. 영구적인 코드를 개발하고 싶을 것이다. 그런데 하드웨어는 빠른 속도로 변화한다. 우리는 이에 고수준의 접근법을 선택, 양자 알고리즘을 만든 다음에 다양한 실행 환경에서 실행을 할 수 있도록 접근하고 있다. 이런 방식이 유용할 것으로 판단한다”라고 이야기했다.

 




2020.02.19

핵심 인재, 산학계 파트너, 연구 성과로 본 '마이크로소프트의 양자컴퓨팅'

Tamlin Magee | Computerworld UK
엔터프라이즈 양자컴퓨팅 연구를 선도하는 기술 기업은 누구인가? 양자컴퓨팅 연구의 대표 주자 중 하나인 마이크로소프트가 현재 업계 및 학술계와 손잡고 어떠한 연구를 진행 중이며 향후 이러한 연구의 결과가 어떤 영향을 미칠지 알아보자. 
 
ⓒMicrosoft


올해 스위스 다보스에서 열린 세계경제포럼의 의제에는 암울한 분위기가 스며들어 있었다. 지난 몇 년간 기술에 대한 낙관론이 많았던 것과는 큰 차이가 있었다. 민족주의, 불안정, 불평등이 크게 확대되었기 때문이다.

그러나 마이크로소프트의 참석자들은 기후 재앙 종식, 의료 및 보건 분야의 놀라운 발견, 오랜 세월 동안의 연구를 단 몇 개월 심지어 몇 주나 며칠 만에 완료할 수 있는 능력 등 실제 작동하는 양자컴퓨팅의 발전에 도움을 받는 새로운 세상에 대한 비전을 제시했다.

예일대학교에서 양자 물리학 박사 학위를 취득한 줄리 러브 박사는 마이크로소프트의 신임 시니어 디렉터로 양자 분야를 담당하고 있다. 지난달 다보스에서 러브에 따르면 새로운 컴퓨팅 방식은 포럼에 참석한 CEO, 학자, 경제학자, 언론인들에게 주요 관심사임이 입증됐다.

러브는 <컴퓨터월드UK>와 가진 인터뷰에서 “기하급수적으로 향상될 잠재력이 매우 크다. 데이터와 AI 시스템이 확대되고, 무어의 법칙이 종식된 가운데 컴퓨터 속도와 성능에서는 큰 발전은 없다. 이에 컴퓨팅 분야에 이것이 필요한 실정이다”라고 말했다.

양자컴퓨팅은 ‘알려진 우주’의 원리에 대한 발견, 기후 변화에 따른 영향 경감, 기존 암호의 완전한 해독 등 기존의 컴퓨터로는 제약이 있었던 문제들을 해결할 수 있는 잠재력이 있다.

처음에는 세상에 클리피(Clippy)를 도입해 소개한 회사와 문명에 큰 변화를 가져올 하드웨어를 연결하는 것이 반직관적으로 느껴질 수도 있다. 그러나 양자컴퓨팅이 해결할 수 있는 문제에는 상당한 설득력이 있음을 인정해야 한다.

언젠가 이를 구현하기 위해서는 많은 리소스가 필요한데, 마이크로소프트는 여기에 전력을 기울이고 있다. 마이크로소프트가 양자 ‘충격’이라고 부르는 것을 구현한다는 목표로 물리학자와 다양한 분야의 엔지니어들이 하드웨어와 소프트웨어 측면의 문제들을 해결하고 있는 글로벌 양자컴퓨팅 중심 네트워크를 구축한 것을 예로 들 수 있다.

러브는 “마이크로소프트가 하나의 회사로 추진했던 다른 중요한 하드웨어 개발과 일맥상통한다. 구체적 통계를 공개하지는 않았지만, 우리는 많은 리소스를 투입하고 있다. 우리에게 필요한 돌파구적 혁신을 고려하면서 아주 광범위한 규모로 글로벌 인재들로 구성된 팀을 만들고 있다. 전세계에 마이크로소프트 양자 연구소가 있다. 시작할 때부터 마이크로소프트에서는 이를 다룰 다양한 인재들을 찾을 수 없다는 점을 알고 있었기 때문이다”라고 말했다.

양자컴퓨팅 인재들은 수학자, 이론 물리학자, 칩 설계자, 소프트웨어 개발자, 기계 엔지니어, 소재 분야 과학자들로 구성되어 있다. 여기에서 언급하기 힘들 정도로 많은 사람이 마이크로소프트의 양자컴퓨팅 기술 개발에 공헌하고 있다. 중요 인사로는 스탠퍼드대학교 출신으로 엑스박스와 키넥트 등 비디오게임 하드웨어 시장 진출을 진두지휘했으며 지금은 양자 부문의 CVP인 토드 홈달, 2000년대 중반 마이크로소프트 퀀텀 스테이션Q의 초대 소장을 맡은 저명한 과학자인 마이클 프리드먼, 미국 물리학 협회 펠로우로 최근 함부르크 이론 물리학상을 받은 매티아스 트로이어 등을 꼽을 수 있다. 또 크리스타 스보어는 양자 시스템 제너럴 매니저로 레드먼드에 있는 마이크로소프트 연구 그룹을 통솔하고 있으며, 체탄 나야크는 양자 하드웨어 제너럴 매니저를 맡고 있다.

나노와이어에서 마요라나 입자에 대한 증거를 발견하는 등 양자 분야에서 여러 중요한 과학적 발견을 한 네덜란드 텔프트 공과대학교의 응용 물리학 교수인 레오 쿠오벤호벤은 마이크로소프트의 수석 연구원으로 일하고 있다.

그렇다면, 마이크로소프트가 실제 추진하고 있는 활동, 지금까지의 과정, 다음 단계는 무엇일까?
 


‘양자 충격(Quantum impact)’ 구현
양자 분야의 주요 업체들은 양자 ‘우월(Supremacy)’, 양자 ‘우위(Advantage)’, 양자 ‘충격(Impact)’ 등의 표현을 각자 선택해 사용하고 있다.

이런 개념들은 아직은 초창기인 양자컴퓨팅이 쉽게 해결할 수 없었던 문제들을 풀면서 전통적인 컴퓨터의 능력을 능가하는 단계를 의미한다. 양자컴퓨팅은 전통적인 방법으로는 수천 년이 걸릴 수 있는 문제 해결 시간을 몇 달, 몇 주, 며칠로 줄일 수 있다.

마이크로소프트가 선호하는 용어는 (모든 양자 커플링이 그렇듯)공상과학적 충격을 주는 것에 더해, 양자 세계가 가져올 변화의 무게감을 느끼게 해주는 ‘양자 충격’이라는 용어다.

마이크로소프트가 2019년 말 개최한 연례 이그나이트(Ignite) 컨퍼런스에서, 자신의 저서인 히트 리프레시(Hit Refresh)에서 양자컴퓨팅이 마이크로소프트의 전략 우선순위라고 강조했던 사티아 나델라 CEO는 애저 퀀텀이라는 이름으로 클라우드에 양자컴퓨팅을 도입하는 계획을 간략히 소개했다.

애저 퀀텀에는 지금까지 10여 년 동안의 연구 결과가 결집될 전망이다. 마이크로소프트는 애저의 클라우드 컴퓨팅 인터페이스를 개발자 우선 방식과 결합, 양자 개발 키트(Q#: Quantum Development Kit) 프레임워크와 함께 새로운 환경을 구현할 계획이다.

클라우드를 통한 접근은 궁극적으로 물리적 접근 없이도 사용자들이 공급이 부족할 수도 있는 엄청난 컴퓨팅 파워를 활용할 수 있게 도와준다. 컴퓨팅 측면의 방법론에 차이가 있기는 하지만, IBM 역시 IBM Q 익스피리언스 플랫폼으로 클라우드를 통한 프로토타입 양자 프로세스에 대한 접근을 제공하는 개념을 연구하고 있다.

마이크로소프트는 하드웨어와 소프트웨어에 파트너들과 협력하면서 종합적으로 접근하고 있다. 여기에는 1QBit, QCI, 포획 이온(Trapped ion) 양자컴퓨팅과 양자 서킷 구현 분야의 전문 기업으로 메릴랜드에 위치한 아이온큐(IonQ) 같은 신생 창업회사들도 포함되어 있다. 하드웨어의 경우, 우주항공 및 엔지니어링, 방산 분야의 대형 기업인 하니웰도 마이크로소프트와 협력하고 있다. 이 회사는 포획 이온 하드웨어 및 양자컴퓨팅 구현에 필요한 다른 제어 시스템에 대한 전문성을 갖고 있다.

지난해에는 극저온 CMOS 반도체 디자인도 발표했다. 이 회사에 따르면, 양자컴퓨팅에 필요한 온도인 절대 영도에 가까운 온도에서 운용 가능한 1cm2 칩과 3개 와이어를 통해 최대 5만 큐비트를 제어할 수 있는 디자인이다.

이들 파트너십의 대표적인 것이 바로 2019년 초에 양자컴퓨팅을 발전시키기 위해 발족한 광범위한 규모의 연합체인 마이크로소프트 퀀텀 네트워크다. 여기에는 케임브리지 퀀텀 컴퓨팅(Cambridge Quantum Computing), 퍼시픽 노스웨스트 내셔널 랩(Pacific Northwest National Laboratory), 쿠랩(Qulab), QCI 등이 참여하고 있다. 고객들은 넷웨스트(Netwest), 다우(Dow), 포드(Ford), 케이스 웨스턴(Case Western) 등이다.

퀀텀 네트워크의 학계 파트너로는 텔프트공과대학교, UC산타바바라, 퍼듀대학교, 워싱턴주립대학교, 아인트호벤공과대학교, 코펜하겐대학교, 시드니대학교 등이 있다.

마이크로소프트 퀀텀 네트워크와 직결된 이니셔티브는 양자컴퓨팅 토폴로지 발전에 대한 비전을 공유하는 퀀텀 랩스 이니셔티브다. 이에 대해서는 나중에 자세히 설명할 예정이다.

또한, 마이크로소프트는 양자 소프트웨어 개발에 집단의 지혜를 활용하는 오픈소스 프레임워크를 발전시킨다는 목표도 추구하고 있다. 연구기관들이 오픈소스 양자 개발 언어를 확산하려 시도하는 경쟁 업체 대신 마이크로소프트를 선택하는 이유는 무엇일까?

“사람들이 유용한 것을 원할 것”이라고 생각한다며 러브는 자신의 의견을 전했다. 

이어서 “전세계 사람들은 이 기술의 ‘파급력’을 실현하기 갈망한다. 오픈소스 소프트웨어는 하나의 구성요소지만, 실행 환경에서도 선택권이 있다. 영구적인 코드를 개발하고 싶을 것이다. 그런데 하드웨어는 빠른 속도로 변화한다. 우리는 이에 고수준의 접근법을 선택, 양자 알고리즘을 만든 다음에 다양한 실행 환경에서 실행을 할 수 있도록 접근하고 있다. 이런 방식이 유용할 것으로 판단한다”라고 이야기했다.

 


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