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시스코가 양자 기술에 눈독 들이는 이유

2022.01.24 Michael Cooney  |  Network World
지금은 아니다. 그러나 내년 이후에는 시스코가 주요 양자 컴퓨팅 업체로 부상할 수도 있다.

시스코가 크게 투자하는 분야 중 하나는 광자학(photonics) 개발이다. 이를 통해 양자 통신이 가능해질 뿐만 아니라 양자 컴퓨팅, 네트워킹, 암호학을 위한 기타 하드웨어 및 소프트웨어 기술이 가능해진다. 

양자 기술 개발은 시스코 EVP 겸 총괄관리자 겸 최고전략책임자 리즈 센토니의 2022년 예측 리스트 중 상위 항목이기도 했다.

센토니는 “양자 컴퓨팅, 통신, 보안을 통해 더욱 빨라지고 안전해질 미래에는 지연값이 낮아지고 대역폭은 높아진 발전된 인터넷을 통해 시스템의 작동 및 통신 방식을 재창조할 필요가 있다”면서 “양자 컴퓨팅과 보안은 음성 및 데이터 정보를 비트 및 바이트 단위로 스트리밍하는 고전적인 통신 네트워크와는 매우 다른 방식으로 상호 연결될 것”이라고 밝혔다.

시스코는 특히 향후 양자 기반 네트워크, 데이터센터, 인터넷 기술의 개발에 관심을 두고 있다.

센토니는 “양자 네트워킹으로 디지털 장치 간에 해킹이 불가능한 새로운 종류의 완벽한 고품질 보안 연결이 가능하고 이를 통해 사기 거래 예방은 물론 음성 및 데이터의 간섭과 스누핑 예방도 가능해진다”면서 “이러한 모든 가능성은 현재 우리가 알고 있는 인터넷의 모습을 바꿔 놓을 것”이라고 말했다.

시스코 DE(Distinguished Engineer) 겸 신흥 기술 및 배양 그룹 연구 팀장 라마나 컴펠라는 시스코의 비전이 크게 두 부분으로 나뉜다고 설명했다. 고전적인 근거리 통신망(LAN) 개념을 여러 대의 양자 컴퓨터 통신에 적용하여 큰 문제를 해결하는 양자 데이터센터를 구축하는 것이 하나라면, 양자 서버로부터 받은 양자 비트(큐비트(qubit))를 고속 전송하여 상용급 애플리케이션을 처리하는 양자 기반 네트워크를 구축하는 것이 나머지 하나다.

컴펠라는 “우리가 그리는 모습은 고전적인 신호 전달 기술은 물론 광자학을 활용한 서버 간 큐비트 전송 기술도 지원하는 일종의 하이브리드 네트워킹 환경”이라고 설명했다.

아울러, 빛으로 데이터를 전송하고 다양한 네트워킹 메커니즘을 통제하는 광자학 기술은 대부분의 양자 환경에서도 큰 역할을 하게 될 것이라고 덧붙였다.
 
Image Credit : Getty Images Bank


시스코 소속 엔지니어 알리레자 샤바니는 최근 블로그 게시물을 통해 광자학 기술이 양자 네트워킹에서 그처럼 큰 역할을 하게 될 이유를 설명했다. 해당 포스트에는 “다양한 기술의 공학적 복잡성을 감안할 때 우리는 단일 칩 프로세서를 사용하거나 분산 컴퓨팅 시스템을 구축하기 위한 대규모 양자 컴퓨터를 실현함에 있어 광자학이 중심적인 역할을 할 것으로 전망한다” 라고 기술돼 있다. 이어지는 단락은 다음과 같다. 

“현재 양자 컴퓨팅 하드웨어 프로젝트는 100 큐비트 미만 단위 시연에 주력하고 있다. 문제는 시스템을 수천 개에서 결국 수백만 개로 확장하고자 할 때 시작된다. 어떤 기술 플랫폼이 더 빠르게 확장할 가능성이 높은지는 아키텍처와 하드웨어 시스템의 복잡성에 달려있다. 모듈화로 시스템 복잡성을 낮출 수 있다. 양자 컴퓨팅의 경우에는 양자 칩을 분산 방식의 광자 상호연결을 통해 연결시키면 된다. 광자 네트워크는 확장도 가능하고 모듈간 올투올(all-to-all) 연결도 가능하므로 시스템의 연산 능력이 크게 향상된다.”

양자 네트워킹 데이터센터를 뒷받침하는 이론은 현재 초기 단계지만 양자 인터넷의 개념은 비교적 발전된 상태다.

일례로, 중국 허페이 소재 중국과학기술대학 과학자들은 1년 전 세계 최초의 통합 양자 통신 네트워크라면서 중국 전역의 약 3,000마일에 걸쳐 양자 키 분배를 실현하기 위해 700개가 넘는 지상의 광섬유를 두 개의 링크로 위성에 연결한 네트워크를 발표했다. 

중국과학기술대학 과학자들은 “종래의 암호화와 달리 양자 통신은 해킹이 불가능하기 때문에 향후 은행, 전력망 등의 부분에서 안전한 정보 전송에 사용될 전망”이라고 밝혔다. 

이어 “양자 통신의 핵심인 양자 키 분배(QKD)는 입자의 양자 상태(예: 광자)를 사용해 0과 1의 문자열을 형성한다. 한편, 발신자와 수신자 간에 도청이 일어나면 이 문자열 또는 키가 변하므로 즉각적으로 감지된다”라고 그들은 설명했다.

시스코가 소속된 양자 네트워크 센터의 목적은 양자 인터넷 구축이다. 양자 네트워크 센터는 양자 인터넷이 새로운 기술 산업의 원동력이 될 것이고 서비스 제공업체와 애플리케이션 개발업체의 경쟁력 있는 시장도 촉진할 것으로 시스코는 내다보고 있다.

유럽 양자인터넷연합(QIA)과 미국 에너지부도 마찬가지로 양자 통신을 발전시키기 위해 산학 협력업체를 규합하는 방안을 모색 중이다.

컴펠라는 양자 인터넷이 안전한 장거리 통신을 위한 보안 사례에 주로 사용될 것이라면서 “양자 인터넷 개발 기술과 보안 사례는 전세계 곳곳에서 개발 중”이라고 전했다.

이 밖에 개발될 애플리케이션 중 하나인 개인정보보호 앱은 양자 서버가 작업에 대한 모든 정보를 ‘알지 못한 채 작업’하기 때문에 블라인드 컴퓨팅(blind computing)이라고도 한다. 컴펠라는 사기 탐지, 입자 시뮬레이션, 기후 애플리케이션은 모두 분산 양자 기술이 적용될 대상이라고 설명했다.

시스코 역시 양자 개발 준비에 한창이다. 시스코 리서치(Cisco Research)는 2021년 1월 게시한 양자 기술 제안 요청서를 통해 다음과 같은 다양한 기술을 물색하고 있음을 밝혔다.

•    광자 소스 및 탐지 기술
•    광자 집적회로용 제작 방식 및 자재
•    양자 네트워크 애플리케이션
•    QKD를 넘어선 양자 암호학
•    양자 암호학 프로토콜 보안

시스코는 이미 UC(University of California) 산타바바라와 양자 광자 칩 개발 제휴를 체결했다.

시스코 이외에도 IBM, 인텔, 마이크로소프트, 아마존, 구글, 바이두, 허니웰(Honeywell), 퀀티뉴엄(Quantinuum) 등 많은 업체가 양자 분야에서 활용하고 있다. 여타 전통적인 네트워킹 경쟁업체들까지 뛰어 들고 있다. 지난 9월 주니퍼(Juniper)와 아르큇 퀀텀(Arqit Quantum)의 양자 전문가들은 기술 제휴를 체결하고 양자 보안 위협을 방어할 네트워크 보안 기술 개발에 나섰다.

이 기술은 이제 형성 단계에 있다. 컴펠라 등은 업계에 의미 있는 기술 채택이 이루어지려면 5년 내지 10년은 있어야 한다고 입을 모은다. 그러나 업계의 관심이 있는 것은 분명하다. 가트너는 2025년이면 대기업 중 약 40%가 모종의 양자 계획을 갖게 될 것으로 예상하고 있으며 IDC는 2027년에 전세계 양자 컴퓨팅 시장 규모가 86억 달러에 이를 것으로 추산하고 있다.

IDC는 시장 성장의 대부분을 주도하게 될 요인으로 양자 컴퓨팅 기술의 중요한 돌파구, 서비스형 양자 컴퓨팅 인프라 및 플랫폼 시장의 성숙, 양자 기술에 적합한 성능 집약적 컴퓨팅 워크로드의 성장 등을 꼽았다.

가트너 애널리스트 치래그 데카테는 IT 심포지움/엑스포 2021에서 “앞으로 10년 동안 양자 컴퓨팅 열풍은 계속될 것”이라고 전망했다.

그는 이어 “CIO들은 전반적으로 판매 업체 및 서비스 제공업체들이 양자 컴퓨팅 기능에 대해 약속도 실행도 덜하는 문제에 봉착할 것”이라며 “양자 컴퓨팅은 일반용 기술이 아니다. 현재는 양자 컴퓨팅을 적용할 수 있는 사례가 최적화 문제, 유기화학, 재료과학, 생화학, 보안 등으로 한정되어 있지만 가트너는 향후 5~10년간 적용 가능한 사례가 늘어날 것으로 예상한다”라고 전했다.

컴펠라는 양자 컴퓨팅이 자금 지원, 연구, 실험의 측면에서 변곡점에 와 있다고 진단했다. 그는 “그동안 시스코는 디지털 인프라 개발 및 구축에 놀라운 역할을 해왔다. 양자 기술은 기초적인 요소를 갖춘 기술 가운데 하나다. 우리의 연구는 시스코를 위한 신제품 창출을 목적으로 차세대 대혁신을 모색 중”이라고 전했다. ciokr@idg.co.kr
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