구글이 지난해 12월 양자 컴퓨터(칩) ‘윌로(Willow)’를 공개해 세상을 깜짝 놀라게 했다. 현재 가장 빠른 슈퍼 컴퓨터 ‘프런티어’가 1025년 걸리는 문제를 5분 안에 풀었다고 발표한 것. 더 나아가 구글 모회사 알파벳의 순다르 피차이 최고경영자는 13일 두바이에서 열린 세계 정부 정상회의에서“실질적으로 유용한 양자 컴퓨터가 5~10년 뒤 가능할 것”이라고 봤다. 구글은 5년 안에 상업용 양자컴퓨팅 애플리케이션도 출시할 계획이다. 2025년은 국제연합이 정한 ‘세계 양자과학기술의 해’. 어렵고 알쏭달쏭한 양자 컴퓨터에 대한 가이드를 준비했다.

2025년은 UN이 양자역학 탄생 100주년을 기념하기 위해 지정한 양자과학기술의 해이다. 1925년 독일 물리학자 베르너 하이젠베르크, 오스트리아 물리학자 에르빈 슈뢰딩거가 양자역학의 뿌리가 되는 개념을 발표했다. 양자기술은 100나노미터(nm, 1미터의 10억분의 1) 미세 단위의 불연속성과 불확정성, 중첩 원리 등을 이용해 이전 과학기술의 한계를 극복하는 연구를 말한다.

큐비트는 0과 1의 상태가 중첩되어 있어서 관측 순간 0 또는 1로 결정된다. 예를 들어 1개 값만 가진 1비트와 대비해 2배 빠른 계산이 가능하다. 2큐비트는 00, 01, 10, 11 4개 상태를 동시에 지녀 2비트보다 4배 빠르다. 10큐비트는 2의 100제곱 만큼 정보 처리가 빨라진다. 슈퍼 컴퓨터가 1초에 1000조 번을 계산할 동안 딱 1번만 계산하고 값을 구할 수 있는 수준인 셈이다.

큐비트의 특징 중 하나가 ‘중첩 상태(현상)’이다. 0과 1의 상태가 동시에 존재할 수 있다는 뜻이다. 동전으로 비유하면 앞면과 뒷면이 함께 존재한다. 이를 잘 설명하는 게 과학자 슈뢰딩거가 실시한‘슈뢰딩거의 고양이’실험. 간단히 말해 확률 50%로 독가스가 나오는 상자 안에 고양이를 두고 일정 시간이 지나 생사를 확인하는 것이다. 일반 상식으로는 각각 50% 확률이지만 양자역학 관점에서는 삶과 죽음의‘중첩’상태로 존재한다고 본다. 누군가가 상자를 열고 확인하기 전까지 살지도 죽지도 않은 상태로 남아 있는 것. 이 상태는 그러나 관찰하는 순간 사라진다. 회전하는 동전을 잡으면 앞면과 뒷면 중 하나로 멈추는 것처럼, 큐비트도 측정하는 순간 0 또는 1 중 하나의 상태가 된다. 더 신기한 것은 여러 큐비트를 함께 쓸 때 일어난다. 즉, 두 개의 큐비트는 서로 ‘얽힘’이라는 특별한 관계를 가질 수 있다. 두 개의 동전이 서로 떨어져 있어도 하나의 동전이 앞면이면 다른 동전은 반드시 뒷면이 되는 것과 같은 현상이다.

출처 : 소년한국일보(https://www.kidshankook.kr)