'중첩'과 '얽힘' 활용으로 새 양자문명 열어 … 제9차 양자보안포럼 개최

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"중첩과 얽힘의 원리를 활용하는 세번째 양자문명이 열리고 있습니다."

한정훈 성균관대 물리학과 교수는 22일 열린 '제9차 양자보안포럼'에서 "양자역학은 원자력 시대의 출발을 알린 첫번째 양자 문명과 반도체와 레이저 등 물질과 빛의 기능을 설계해 활용하는 두번째 양자 문명을 거쳐 이제 양자 컴퓨터로 대표되는 세번째 양자 문명 시대의 기반이 됐다"며 "이를 통해 가능해진 양자 연산이 기존 고성능 연산(HPC) 및 인공지능 연산과 결합해 더 큰 가능성을 만들어 낼 것"이라고 말했다.

▲한정훈 성균관대 물리학과 교수가 22일 제9차 양자보안포럼에서 강연하고 있다. [출처: 보안뉴스]

1940년대 초 핵 연쇄 반응을 일으키는데 성공하면서 증기기관이나 발전기, 디젤 기관을 잇는 새로운 동력을 활용할 수 있게 됐고, 통신 성능을 높이기 위해 연구하기 시작한 트랜지스터 소자가 컴퓨터 연산 소자로 발전하면서 압도적으로 빠른 연산이 가능해졌다. 이런 성과는 양자역학에 대한 지식을 기반으로 하지만, 양자역학의 핵심 원리인 중첩과 얽힘을 활용하지는 않는다.

반면 양자컴퓨터는 중첩과 얽힘을 계산 자원으로 조작해 계산이 끝날 때까지 보존한다. '양자역학을 쓰는 장치'인 반도체와 레이저 등과 달리 양자 컴퓨터는 '양자 상태를 유지하는 장치'다. 한 교수는 "중첩은 한 상태에 여러 측정 가능성이 담긴 상태라 할 수 있다"며 "측정값이 매번 달라지지만 반복 측정을 통해 정답이나 유용한 단서가 나올 확률을 높일 수 있다"고 설명했다. 두 상태의 비분리적 중첩은 얽힘이다. 중첩과 얽힘을 바탕으로 오랜 이론 연구와 실험, 제어 기술이 축적돼 실제 양자 장치와 회로를 구현할 수 있게 됐다.

양자 컴퓨터를 이용하면 분자 구조 예측을 통해 신약이나 신소재를 빠르게 개발하거나, 널리 쓰이는 RSA 디지털 암호의 근간이 되는 큰 수의 소인수분해 문제 해결 속도를 높일 수 있을 것으로 기대된다.

노이즈에 극히 민감한 큐비트(qubit)를 제어하고 오류를 수정하며 안정된 연산을 수행하게 하는 것은 과제다. 한 교수는 "양자컴퓨터는 마치 접시 돌리기 곡예처럼 수많은 큐비트를 동시에 정밀 제어해야 하고, 얽힘은 주변 환경에 의해 쉽게 끊어질 수 있다"며 "핵심 과제는 양자오류 정정과 안정한 논리 큐비트 구현"이라고 말했다.

인공지능(AI)은 오류를 빠르게 추정하고 게이트와 레이저 등을 자동 튜닝하는 등의 작업에 쓰여 양자 기술의 발달을 촉진할 것으로 기대된다. 기존 HPC와 AI 연산에 특정 분야에 강점을 지닌 양자 연산을 결합한 혼합 연산 체계가 '연산의 미래'가 되리란 전망이다.

한정훈 교수는 최근 이론물리학자의 시선으로 문명의 역사를 바라본 책 '양자 문명'을 출간했다.

양자보안포럼(회장 이원태)은 양자기술 시대 사이버안보 선도국가 실현을 위한 민관 협력 플랫폼 구축을 목표로 출범했다. 양자컴퓨팅 시대에 대응한 안전한 디지털 혁신을 뒷받침하고, 양자보안 기술과 산업을 육성해 국가 사이버안보 역량을 강화한다.

산학연관 참여로 정보 공유와 협력을 강화하는 한편, 양자보안 정책을 발굴하고 제도 개선에 기여한다. QKD(양자키분배)나 PQC(양자내성암호) 등 핵심 양자보안 기술 개발을 촉진하고, 국제협력과 인재 양성을 통해 생태계 조성을 지원할 계획이다.