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요절 과학자의 영감을 현실로··· MIT, 양자 컴퓨터 비용 '확' 낮춘다

2021.03.26 Christopher Nerney  |  Network World
MIT의 초전도체 연구자들이 양자 컴퓨터 개발 및 구동 비용을 절감해줄 수 있는 컴퓨터 스위치인 나노 크라이오트론(nano-cryotron)을 연구하고 있다. 

IT 전문가들이 알다시피, 기업용 서버 팜은 엄청난 에너지를 소비한다. 규모가 클수록 서버 팜의 에너지 소비량은 더욱 커진다. 

양자 컴퓨팅은 (이 문제를 해결하는 데) 도움이 된다. 복잡한 문제를 기존의 컴퓨팅보다 기하급수적으로 빠르게 해결할 뿐 아니라 에너지도 덜 소비하기 때문이다. 그러나 양자 컴퓨터를 개발하는 길목에는 주요 장애물이 있다. 예컨대, 양자 컴퓨팅 요소에 사용되는 초전도성을 활성화하는 데 필요한 극저온을 생성하는 문제를 들 수 있다. 
 
ⓒGetty Images Bank

MIT 연구원들은 현재 양자 컴퓨팅을 구현하면서 서버 팜 비용을 대폭 줄이는 데 도움이 되는 작은 장치에 대해 연구하고 있다. 초전도 나노와이어로 만들어진 이 장치는 1950년대 MIT 전기 엔지니어가 고안했던 개념에서 비롯됐다. 이 엔지니어는 자신의 꿈이 현실화 되기 전에 비극적으로 요절했다. 

먼저 현재를 살펴보자. MIT 전기공학부의 칼 버그렌 교수가 이끄는 전기공학 및 컴퓨터과학부 연구진은 초전도체의 효율성에 관한 문제를 연구하고 있다. 

초전도체는 통상 극저온에서 저항없이 전기를 전도하는 금속이며 MRI 스캐너, 입자 가속기, 양자 컴퓨터에 사용된다. 초전도체와 관련해 두 가지 난제가 있다. 환경의 영향에 취약하며 생산 비용이 많이 든다는 점이다. 

양자 컴퓨터가 비싼 이유 중 하나는 ‘조셉슨 접합’이라 불리는 컴퓨터 스위치에 있다. 이 스위치는 기본적으로 매우 얇은 비초전도 층을 사이에 둔 두 층의 초전도 물질이다. 조셉슨 접합은 “기본적으로 매우 섬세한 물체”이므로 제작하기기 어렵고 비용도 많이 든다고 버그렌은 MIT 뉴스를 통해 말했다. 

버그렌은 그와 그의 동료들이 조셉슨 접합을 대체할 수 있는 작고 우아한 장치를 연구하고 있다고 말했다. 이들은 65년 전으로부터 영감을 얻었다. 

MIT 뉴스는 “1956년, MIT 전기 엔지니어인 더들리 벅이 크라이오트론이라 불리는 초전도 컴퓨터 스위치에 대해 설명한 바 있다”라며 “이 장치는 초전도 와이어가 2개에 지나지 않았다. 하나는 직선이고 다른 하나는 그 주위에 감겨 있다. 전류가 감긴 와이어를 통해 흐를 때, 자기장이 직선 와이어를 통해 흐르는 전류를 감소시키기 때문에 크라이오트론은 스위치 역할을 한다”라고 전했다(또한 벅은 1962년에 사망하기 전 RAM 메모리와 원시적인 형태의 플래시 드라이브를 개발하는 데 도움을 줬다). 

버그렌은 초전도 컴퓨터 스위치에 관한 벅의 아이디어를 참고했다. 그는 “우리가 개발 중인 장치는 조셉슨 접합이 필요없다는 점에서 크라이오트론과 매우 비슷하다”라고 MIT 뉴스에 전했다. 

버그렌이 벅을 기리며 나노 크라이오트론이라 이름 붙인 이 새로운 장치는 초전도체와 고전적인 트랜지스터 기반 전자 장치 사이에서 인터페이스 역할을 할 수 있다. 버그렌이 언급한 이 장치는 단순해서(그냥 와이어에 불과하다) 조셉슨 접합보다 제작하기가 훨씬 저렴하고 쉬우며 환경 영향도 덜 받는다. 

버그렌은 궁극적으로 초전도 양자 컴퓨터와 기존 컴퓨터 모두에 사용되어 에너지 비용을 크게 낮출 수 있는 나노 크라이오트론을 구상하고 있다. 

그는 MIT 뉴스와의 인터뷰에서 “(나노 크라이오트론은) 아마 휴대폰의 트랜지스터를 대체할 수는 없을 것”이라며 “하지만, 서버 팜이나 데이터센터의 트랜지스터를 대체할 수 있다면 어떨까? 아마 엄청난 영향을 줄 것이다”라고 말했다. ciokr@idg.co.kr
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