업체마다 미래지향적인 디자인을 앞다투어 선보이고 있음에도 전기차의 부상의 기반이 되는 혁신은 그다지 헤드라인을 장식하지 못한 채 수년에 걸친 점진적인 배터리 기술의 발전에 가려져 있습니다.
스마트폰에 전력을 공급하고 태양 전지판에서 전력을 얻는 것과 동일한 기술인 최신 리튬 이온 배터리는 더 지속 가능한 에너지 미래를 만드는 데 앞장서고 있습니다. 오늘날의 리튬 이온 자동차는 합리적인 가격 범위에서 설득력 있는 주행 거리와 충전 시간을 자랑합니다.
하지만 차세대 배터리가 한 걸음 진보하는 것이 아니라 성큼 내딛는 도약으로 발전한다면 어떨까요? 배터리 성능이 하룻밤 사이에 두 배 또는 네 배로 향상되어 충전 용량을 늘리고 배터리 수명을 늘리며 열로 인한 에너지 손실을 줄이고 비용을 획기적으로 낮출 수 있다면 운송 분야에만 미치는 영향은 전 세계를 뒤흔드는 수준이 될 수 있습니다.
Mercedes는 10년 내에 플러그인 하이브리드 또는 순수 전기차로 전체 자동차 판매량의 절반 이상을 채우겠다는 목표 설정
IBM은 3년 내에 최초의 1,000큐비트 이상 양자 컴퓨터를 출시하는 것을 목표로 설정
Mercedes-Benz의 모기업인 Daimler AG의 엔지니어들은 에너지 밀도가 높은 배터리 기술, 즉 리튬-황(Li-S) 배터리가 다음 단계로 도약할 수 있을 것으로 예상하고 있습니다. 이러한 가상의 배터리를 개발하고 완성하면 "10억 달러 규모의 기회가 열릴 수 있다"라고 Mercedes-Benz R&D 북미의 실리콘밸리 혁신 관리 디렉터 벤자민 보저는 말합니다. 그러나 설계 단계부터 시작해 상용화가 가능한 리튬 이온 배터리를 개발하기까지는 기본적으로 수년의 시간과 비용, 엔지니어링 전문 지식이 투입되는 거대한 화학 실험이 이루어져야 합니다.
이상적으로는 컴퓨터에서 이러한 다양한 분자 특성과 동작을 시뮬레이션하여 실제 프로토타입 제작을 시작하기 전에 유망한 옵션을 탐색하고 분석하는 것이 더 합리적입니다. 하지만 문제가 있습니다. 카페인과 같이 탄소, 수소, 질소, 산소로 구성된 인간이 선호하는 에너지 보충제 같은 단순한 분자의 경우에도 네 가지 기본 원소 시스템 사이에서 상호 작용하는 전자의 양자 상태 수는 엄청나게 많을 수 있습니다.
단일 카페인 시뮬레이션을 만들면 기존 컴퓨터, 심지어 오늘날 가장 강력하고 컴퓨터실을 가득 채우는 슈퍼컴퓨터도 따라올 수 없는 메모리와 계산 능력을 압도할 수 있습니다. 분자와 그 환경이 더 크고 복잡할수록 이 과정은 더 어려워집니다.
현재 IBM에서 빠르게 개발 중인 새로운 기술, 양자 컴퓨터를 만나보세요. 양자 컴퓨팅은 매우 추상적인 물리학 이론을 완전히 새로운 종류의 컴퓨팅 성능으로 승화시킨 것으로, 과거에는 해결할 수 없었던 복잡한 문제를 처리하기 위해 특별히 고안된 것처럼 보입니다. 양자 컴퓨팅은 0과 1을 나타내는 자기 '비트' 대신, 매우 이상한 양자 역학적 현상 덕분에 기존의 비트보다 더 많은 정보를 나타낼 수 있는 '큐비트'에 의존합니다. 양자 컴퓨터에 큐비트가 하나씩 추가될 때마다 성능이 2배로 증가하여 이전에는 구현할 수 없었던 복잡한 알고리즘을 실행할 수 있는 능력이 기하급수적으로 향상됩니다.
양자 컴퓨팅의 기본 물리학은 어지러울 정도로 복잡하지만 핵심 장점은 간단합니다. 자연의 구성 요소를 정확하게 시뮬레이션하는 데 필요한 방대한 양의 계산을 신속하게 수행할 수 있는 획기적인 잠재력을 가지고 있다는 점입니다.
분자 시뮬레이션의 주요 목적은 화합물의 '기저 상태', 즉 가장 안정적인 구성을 찾는 것입니다. 큐비트 자체는 연구자가 시뮬레이션해야 하는 분자와 마찬가지로 양자역학의 법칙에 따라 작동합니다. 큐비트의 안정성은 초기 단계이지만 시간이 지남에 따라 훨씬 더 개선될 것입니다. 이러한 상황에서 양자 컴퓨터가 시뮬레이션 프로세스의 속도를 크게 높일 수 있다면 이상적일 것입니다. 데이터 집약적인 수십 가지 작업은 말할 것도 없고, 모든 산업 분야에 적용될 수 있습니다. 실제 배터리 연구를 위해 Mercedes-Benz와 협력하는 것은 결국 양자 컴퓨팅을 상업적으로 실현시킬 기초 작업의 한 측면에 불과합니다.
"이 분야는 건전한 속도로 발전하고 있습니다."라고 Mercedes-Benz의 뵈저는 말합니다. "하지만 기술과 연구에 가까이 있는 사람이라면 누구나 이 기술이 아직 초기 단계에 있으며, 아직 해야 할 일이 많다는 것을 알고 있습니다." Mercedes-Benz는 배기가스 배출 없는 모빌리티로의 전환을 추진하고 있습니다. 지속가능성은 Mercedes-Benz 기업 전략의 핵심 요소 중 하나이자 동시에 기업 성공의 기준이 됩니다.
목표는 한 가지 용어로 명확하게 정의되어 있습니다. Mercedes-Benz Cars는 향후 20년 내에 탄소 중립적인 새로운 플릿을 확보하는 것과, 2030년까지 차량 판매량의 50% 이상을 플러그인 하이브리드 또는 순수 전기 자동차로 전환하는 것을 목표로 설정했습니다.
"10년은 멀게만 느껴지지만, 실제로 많은 기업에게 10년은 계획과 투자에 있어 정상적인 범위 내에 있는 시간입니다."라고 IBM Research 디렉터인 다리오 길은 말합니다. 이제 길을 내려다보면 근처에 리튬-황으로 구동되는 자동차가 있을 수도 있습니다.
Mercedes-Benz는 프리미엄 자동차 시장의 최대 제조업체 중 하나이자 전 세계에 진출한 세계 최대 상용차 제조업체로서 금융, 임대, 플릿 관리, 보험 및 혁신적인 모빌리티 서비스를 제공합니다.
IBM Quantum Network 소개
IBM Quantum Network는 양자 컴퓨팅을 발전시키기 위해 IBM과 협력하는 Fortune 500대 기업, 학술 기관, 스타트업 및 국립 연구소로 구성된 커뮤니티입니다.
준비되셨나요?
향후 10년 안에 양자 컴퓨팅은 비즈니스와 사회를 변화시킬 것입니다. 지금 행동하지 않는 조직은 뒤처질 수밖에 없습니다.
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2020년 3월 미국에서 제작.
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