양자역학의 원리에 따라 작동되는 미래형 첨단 컴퓨터인 양자 컴퓨터(Quantum Computer)는 인류의 온갖 난제를 해결해 줄 기술로 손꼽히며 ‘꿈의 컴퓨터’라고 불린다. 현재 최고 성능의 슈퍼컴퓨터가 10억년 걸려야 풀 수 있는 문제를 양자 컴퓨터는 단 100초 만에 풀 수 있을 것으로 기대하고 있기 때문이다. 양자 컴퓨터는 금융부터 보안, 신소재 개발, 기후변화, 생명 연장과 같은 분야까지 인류 모든 산업의 구조를 바꿀 것이다. 미국 IBM 본사에서 양자 컴퓨터를 개발하고 있는 백한희 박사는 이미 양자 컴퓨터의 시대가 왔음을 선언하며 그 중요성에 대해 역설하고 있다. 그렇다면, 양자 컴퓨터는 어디까지 발전했으며, 실제 비즈니스에 적용되어 누릴 수 있는 가치는 어떻게 되는지 백한희 박사와의 인터뷰를 통해 알아보자.

IBM 양자 컴퓨터
IBM Quantum 백한희 연구원

IBM Quantum
백한희 연구원

간단한 본인 소개와 IBM에서 담당하고 있는 직무에 대해서 설명해 주시겠어요?

안녕하세요, 백한희입니다. IBM Quantum 연구원으로 초전도 양자 컴퓨팅 하드웨어 중에서도 재료와 큐비트(qubit) 아키텍처 설계를 전문적으로 다루고 있으며, 요즘에는 알고리즘과 애플리케이션에 대해서도 연구 중입니다. 지난 10년 동안 이론적인 아이디어 수준에서부터 기술의 성숙도를 높여가며 발전하고 있는 양자 컴퓨팅에도 여러 분야가 있지만, 그중에서도 다중 큐비트 아키텍처를 개발하는 IBM의 선도적인 프로젝트에 참여하고 있습니다.

 Q1. 아직은 양자 컴퓨팅이 미래 기술로만 느껴지는데요. 언제쯤 양자 컴퓨터를 일반 컴퓨터처럼 사용할 수 있게 될까요?

우선, 이미 현실화되고 있다는 것을 말씀드리고 싶습니다. IBM은 양자 컴퓨팅을 사용하고 있는 Fortune 500대 기업, 학술 기관, 스타트업 및 국립 연구소로 구성된 커뮤니티인 ‘IBM 퀀텀 네트워크(IBM Quantum Network)’를 구축하고 있는데요. 이들은 실제로 가치 있는 양자 프로젝트 제품을 생산하고 있으며, 기술이 성숙함에 따라 이 프로젝트의 가치는 더욱 확장될 것으로 기대하고 있습니다. IBM은 또한 20개가 넘는 온라인 시스템의 양자 하드웨어에서 매일 평균 20억개 이상의 회로를 실행하고 있으며, 연구 커뮤니티 및 업계 고객이 게시한 시스템의 결과를 활용하여 500건 이상의 논문을 출간한 30만 명 이상의 양자 시스템 사용자를 보유하고 있습니다. 현재는 일반 사용자를 위한 일상적인 워크플로우의 일부로 양자 컴퓨터의 채택이 증가하는 단계로, *양자 우위를 달성하면 이러한 채택이 가속화될 것입니다.

그리고 IBM의 양자 컴퓨팅 기술 활용 방식은 일반 컴퓨터 활용 방식과 상당히 비슷합니다. IBM의 하드웨어를 사용하기 위해 새로운 프로그래밍 언어를 배울 필요 없이 기존 코드를 사용할 수 있고, IBM 클라우드를 통해 안전하게 시스템에 액세스할 수 있습니다.

*양자 우위(Quantum Advantage) : 양자컴퓨터가 기존의 디지털 컴퓨터의 성능을 앞지르는 것

IBM 퀀텀 네트워크에서
매일 실행되는 양자 하드웨어 회로 수

20억 개


500건 이상의 논문을 발간한
양자 시스템 사용자

30만 명

Q2. 양자 컴퓨팅이 비즈니스에 가져올 혁신적인 변화에는 어떤 것들이 있을까요?

재료 과학, 화학, 선형 대수학, 최적화 등 양자 컴퓨팅을 통해 효과적으로 해결할 수 있는 여러 영역에서 기존 컴퓨팅으로는 처리할 수 없는 복잡한 문제를 해결할 수 있습니다. 특히, 화학은 양자 컴퓨팅을 산업에 적용하여 양자 우위를 입증하는 최초의 분야 중 하나가 될 수 있습니다.

현재 진행 중인 프로젝트 중 하나는 리튬 이온 배터리를 통한 친환경 미래 구현입니다. 아직 리튬 이온 배터리의 작동 원리에 대해 완벽하게 이해하진 못했지만, IBM은 Daimler, JSR, Mitsubishi Chemical 등의 네트워크 파트너와 긴밀하게 협력하면서 양자 기술을 활용한 차세대 배터리 기술 및 전기차 개발에 대한 비전을 구상하고 있습니다.

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QUANTUM COMPUTING

Q3. 각 비즈니스 도메인에 적용할 수 있는 양자 컴퓨팅의 예를 들어주실 수 있나요?

궁극적으로는 양자 컴퓨팅의 활용 범위와 그로 인한 혁신은 산업 전반으로 확대될 것입니다만, 단기적으로 양자 기술이 즉각적인 영향을 미칠 것으로 기대되는 몇 가지 영역이 있습니다.

의료 및 생명 과학의 경우, 유전체의 염기 서열 분석 결과를 효과적으로 연계하여 치료법을 개선하고, 신약 개발과 관련된 분자 과학을 발전시키며, 단백질 접힘 예측(protein folding prediction)을 기반으로 생물학 분야에서 새로운성과를 얻을 수 있을 것입니다.

금융 분야에서는 특정 유형의 모델링 활용도를 극대화합니다. 예를 들어, 인공지능을 실행하는 기존의 컴퓨터에서는 볼 수 없었던 패턴을 확인하여 사기 탐지 강화, 시장 분석 및 투자 결정 개선, 잠재 고객 타겟팅을 위한 정교한 고객 세분화 등을 실현할 수 있을 것으로 기대합니다.

제조 분야에서는 합금, 촉매, 용매, 윤활유, 반도체 및 배터리 등 획기적인 신소재 개발을 촉진하고, 첨단 양자 지원 설계와 복잡한 물류 및 인프라 시스템의 개선을 통해 엔지니어링 분야도 개선할 수 있을 것입니다.

Q4. 기업이 비즈니스에 양자 기술을 도입하려면 어떻게 해야 할까요?

기업에 맞는 양자 기술 전략을 개발하는 가장 좋은 방법은 양자 리더십 팀을 구성하는 것에서 시작됩니다. 양자 컴퓨팅, 업계에 미칠 잠재적 영향, 경쟁 업체의 대응 방식 및 기업이 얻을 수 있는 이점을 이해하는 데 주력하여, 적용 사례와 비즈니스적 가치를 찾을 수 있어야 합니다.

다음으로는 비즈니스적 가치에 초점을 맞춘 파일럿 프로젝트에 착수해야 합니다. 이러한 프로젝트는 양자 컴퓨팅으로 실현할 수 있는 가치를 기업에 제시하고, 필요한 내부의 전문성을 키우는 데 도움이 될 수 있으며, IBM 클라우드를 통해 실제 양자 하드웨어를 실험해 볼 수 있는 기회가 될 수 있습니다. 전문성을 갖춘 후에는, 이를 바탕으로 기업에 적합한 장기적인 양자 기술 전략을 수립해야 합니다. 이 과정에서는 다음 단계를 제시하고 가치를 실현하기 위해 해결해야 할 주요 문제와 극복해야 할 장애물 파악이 중요합니다.

Q5. IBM 퀀텀 네트워크에 가입하기 위한 조건과 절차는 어떻게 되며, 가입하면 어떤 혜택이 있나요?

IBM 퀀텀 네트워크 가입 방법에는 두 가지가 있습니다.

첫 번째는 IBM 퀀텀 네트워크 허브(IBM Quantum Network Hub)가 되어 IBM의 양자 하드웨어에 대한 전용 액세스를 통해 양자 연구와 개발을 지원하는 것으로, 여러 국제 학술 및 연구 기관에서 취하는 방법입니다.

두 번째는 파트너 또는 회원 자격을 획득하여 안전한 IBM Cloud를 통해 하드웨어와 전문 지식에 액세스하는 것으로, 이는 세계 유수의 글로벌 기업들이 택한 방법입니다. 분명한 것은, 어떤 방법으로든 IBM은 퀀텀 네크워크를 통해 한국 기업들과의 협력을 기대하고 있습니다.

백 박사님이 알려주는 ‘양자 컴퓨터를 내 컴퓨터처럼 활용하는 팁!’

• IBM 양자 컴퓨팅 시스템에 무료로 액세스
https://quantum-computing.ibm.com/login

오픈소스 양자 정보 소프트웨어 개발 키트인 Qiskit 다운로드
https://qiskit.org/

Qiskit은 코딩을 시작하는 데 도움이 되는 풍부한 문서와 유저 프렌들리한 개발 환경(주로 Python 기반)을 제공하며, 계속 새로운 기능이 추가되며 발전하고 있습니다. 양자 개발 초보자라면 유용한 학습 리소스인 Qiskit Textbook(https://qiskit.org/textbook/preface.html)을 참고하도록 권장합니다.

이 분야에 뛰어든 지 얼마 안 된 과학자 또는 기업 개발자의 경우, 연구 또는 업계 솔루션을 탐색할 수 있도록 물리 과학, 금융, 머신러닝, 최적화와 같은 응용 모듈이 마련되어 있으니 참고하세요.

Python에 익숙하다면 IBM Quantum Lab 툴(https://www.bim.com/quantum-computing/tools/)을 사용하여 웹 브라우저에서 바로 양자 코드를 작성할 수 있습니다. 코딩 언어를 사용하지 않는 시각적인 작업을 선호하는 경우에는 접근성이 뛰어난 양자 개발 툴인 IBM Quantum Composer를 사용하는 것이 좋습니다.

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