E.ON은 복잡성 문제를 해결하기 위해 양자 컴퓨팅을 활용합니다.

E.ON의 역할은 전력을 안정적으로 공급하는 것입니다. 유럽 최대 에너지 기업 중 하나인 E.ON은 160만 킬로미터에 달하는 에너지 네트워크를 운영하며, 유럽 17개국 4,700만 고객에게 전기와 가스를 공급하고 있습니다. E.ON은 가정, 병원, 공장, 교통 시스템 등 21세기 삶에 필수적인 핵심 인프라에 전력을 공급합니다. 그리고 그 역할은 점점 더 복잡해지고 있습니다.

E.ON이 유럽의 재생에너지 전환을 지원함에 따라, 전력망에 대한 요구는 더욱 복잡해지고 있습니다. 과거의 에너지 분배 방식은 예측 가능했습니다. 대규모 발전소와 안정적인 연료 공급이 주어졌을 때, 내일이나 1년 후에 1메가와트의 전력을 생산하는 데 드는 비용을 예측하는 것은 그리 어렵지 않았습니다. 폭염이나 한파로 수요가 변동하더라도, 생산량을 늘리거나 줄이는 일은 비교적 간단했습니다.

이제 전력은 태양광과 풍력 등 더 작고 역동적인 에너지원에서 생산됩니다. 동시에 전기차와 가정 내 지능형 시스템이 소비 패턴을 크게 변화시키고 있으며, 모빌리티와 난방 등 더 많은 분야가 전기화되고 있습니다. 연중무휴 24시간 전력을 공급해야 하는 E.ON은 수요와 공급 모두에서 발생하는 복잡하고 역동적인 변화를 고려해 충분히 사전에 대비해야 합니다. 이에 대한 해결책으로, E.ON은 복잡성을 극복하기 위한 툴인 양자 컴퓨팅을 모색하고 있습니다.

E.ON의 에너지 인텔리전스, 데이터 및 AI 부문 책임자인 Dr. Giorgio Cortiana는 “우리는 디지털 기업으로 변화하고 있습니다.”라고 말했습니다. “이러한 시스템의 복잡성을 통제하는 데 데이터 기술은 필수적입니다.”

이 노력의 중요한 부분은 결국 가격 산정 문제로 귀결됩니다.

E.ON Energy Markets의 정량적 위험 전문가 Dr. Piergiacomo Sabino는 “고객이 전력을 요청하기 전에 미리 조달해야 합니다.”라고 말했습니다.

E.ON의 계약은 소비량과 공급 비용이 변동하더라도 고객에게 고정 가격으로 에너지를 제공하도록 규정하고 있습니다. 사전에 구매한 에너지량과 실제 수요 사이에는 종종 차이가 발생합니다. 그래서 시장 참여자들은 에너지 파생상품을 사고팔며 서로의 위험을 분산시키고 전력 공급을 유지합니다.

E.ON의 트레이딩 플로어에서는 Dr. Sabino와 같은 전문가들이 이러한 파생상품의 가격을 효율적으로 산정합니다. 이 작업을 위해 현재의 컴퓨팅 기술을 활용해 불확실한 사건의 결과를 예측하는 방식인 몬테카를로 시뮬레이션을 사용합니다. 이 방법은 날씨, 사용 패턴 및 기타 요인으로 인한 변동성을 반영합니다. 그러나 세계 최대 규모의 슈퍼컴퓨터조차 이러한 문제를 처리하는 데 어려움을 겪습니다.

Dr. Cortiana는 “이를 위해서는 수년 앞을 내다보는 지혜로운 준비가 필요합니다.”라고 말했습니다. “기후 변화와 블랙스완 사건도 우리의 모델에 포함되어야 합니다. 궁극적인 목표는 고객에게 합리적인 에너지 가격을 제공하는 것입니다.”

최근 유럽 전역에서 가격이 급등한 에너지 위기 상황에서도, 이러한 사전 준비 덕분에 E.ON은 고객을 보호하고 가격 인상을 통제할 수 있었습니다. E.ON이 이 위기를 제대로 대응하지 못했다면, 고객들은 정전 상황에 놓였을 수도 있었습니다.

문제가 복잡할수록, 특히 상호작용하는 변수가 많을수록, 0과 1의 이진 체계를 사용하는 컴퓨터로는 처리하기가 더욱 어렵습니다. 기상 위험, 공급 변화, 역동적인 소비 패턴은 모두 상호작용하는 변수들입니다. 따라서 최고의 슈퍼컴퓨터에서 실행되는 최적의 고전적 접근 방식조차 한계에 부딪히게 됩니다.

이 때문에 E.ON은 IBM과 함께 양자 컴퓨팅을 탐색하고 있습니다.

양자 컴퓨터는 복잡한 문제를 해결하기 위한 완전히 새로운 접근 방식을 제공합니다. 고전적 슈퍼컴퓨터로는 수천 년이 걸릴 수 있는 일부 문제도, 양자 컴퓨팅 알고리즘을 사용하면 훨씬 간결한 방식으로 해결할 수 있습니다.

Dr. Cortiana는 “IBM Quantum과 협력하기로 한 이유는 해당 분야의 전문가들과 직접 협업하기를 원했기 때문입니다.”라고 말했습니다. “우리는 하드웨어에 대한 접근권뿐만 아니라 전문가들과의 협업 기회도 얻었고, 이를 통해 팀의 역량을 강화할 수 있었습니다.”

현재 양자 컴퓨터는 아직 개발이 진행 중입니다. 그러나 그 발전 속도는 매우 빠르게 진행되고 있습니다. 2023년, IBM은 자사의 양자 하드웨어와 소프트웨어를 결합해 양자 알고리즘을 실행하는 데 있어 “무차별 대입(brute force)” 방식의 고전적 방법을 넘어서는 규모에서 신뢰할 수 있는 연산을 수행할 수 있음을 입증했습니다. 이러한 발전은 우리가 “양자 유틸리티(quantum utility)” 시대에 진입했음을 의미하며, 이 시대에는 양자 컴퓨터가 양자 회로에서 정확한 답을 얻기 위한 최적의 도구가 됩니다.

다음 단계는 양자 컴퓨터가 어떤 고전적 방법보다도 뛰어난 성능을 보이는 “양자 우위(quantum advantage)” 사례를 찾는 것입니다. E.ON과 같은 조직에 있어 양자 우위를 확보하는 것은 새로운 효율성과 경쟁 우위를 제공하고, 궁극적으로는 고객에게 더 나은 에너지 가격을 제공하는 데 기여할 수 있습니다.

E.ON과 IBM Quantum 팀은 협력을 통해 에너지 가격 산정을 위한 양자 우위 확보 방안을 개발했습니다. 비즈니스 측면에서는 Dr. Sabino가 프로젝트의 요구사항을 주도했습니다. 목표는 단순한 실험 프로젝트가 아니라, 향후 오류 보정이 가능한 양자 컴퓨터에서 실질적인 비즈니스 우위를 창출할 수 있는 기반을 마련하는 것이었습니다. IBM은 2029년에 오류 보정이 가능한 양자 컴퓨터를 공개할 계획이라고 밝혔습니다.

IBM과 E.ON은 협력을 통해, 충분히 발전된 양자 컴퓨터를 사용할 경우 고전적 방법을 능가할 수 있는 기상 위험 관리 알고리즘을 개발했습니다.

이 알고리즘을 한 번 실행할 때마다 다음과 같은 질문을 던집니다. “특정 가격으로 에너지를 제공할 경우, 계약 기간 동안 특정 기상 조건이 주어졌을 때 우리의 비용은 얼마가 될 것인가?”

이 알고리즘을 여러 번 실행하면, 헤지 결정을 내리는 데 활용할 수 있는 정보를 얻을 수 있습니다.

이 알고리즘이 이론적으로 작동 가능함을 입증한 후, 팀은 실제 IBM Quantum 하드웨어에서 이를 실행할 준비를 했습니다. 알고리즘의 초기 버전은 개별 양자 실행 단위인 회로(circuit)를 포함했으며, 이는 2023년에 사용 가능한 양자 컴퓨터에서 실행하기에는 너무 길었습니다.

이에 팀은 동적 회로로 알려진 IBM® Qiskit의 고급 기능을 활용해 문제를 여러 부분으로 분할했고, 그 결과 이전 세대의 27큐비트 IBM Quantum 컴퓨터에서도 처리할 수 있도록 했습니다.

E.ON의 최고 양자 과학자인 Dr. Corey O’Meara는 이번 프로젝트에서 Qiskit을 사용하는 것은 “당연한 선택”이었다고 말했습니다. “Qiskit은 양자 소프트웨어 코딩을 위한 세계 최고의 SDK입니다. 아주 뛰어나며, 계속해서 발전하고 있습니다.”

현재 IBM은 127큐비트 이상의 양자 컴퓨터를 사용자에게 제공하고 있습니다. 이들 양자 컴퓨터는 이전 세대 장비보다 훨씬 더 긴 회로를 실행할 수 있습니다. Qiskit의 강력한 기능과 결합되면서, 빠르게 발전하는 이들 컴퓨터는 양자 유틸리티 시대를 열었습니다. 양자 우위는 이제 눈앞에 다가와 있습니다.

Dr. O’Meara는 “양자 컴퓨팅 분야 전체에서 다음 단계는 유틸리티 규모로 작업하는 것이라고 생각합니다.”라고 말했습니다. “지금까지는 몇 개의 큐비트로 장난감 모델이나 소규모 개념 검증을 수행해 왔습니다. 이제는 달라질 것입니다.”

Dr. O’Meara에 따르면, 향후 3년간 E.ON의 양자 목표는 유틸리티 규모의 작업을 수행하며 비즈니스에 실질적인 가치를 창출하는 것입니다.

Dr. Cortiana는 양자 컴퓨팅 분야는 매우 복잡하다고 말했습니다. 양자 컴퓨팅을 추진하려는 조직은 대학, 연구기관, IBM과 같은 공급자 등 뜻을 같이하는 파트너와 협력해 시너지를 모색해야 합니다. 여러 산업에 공통적으로 적용되는 핵심 과제가 존재하기 때문입니다.

Dr. Cortiana는 “몇 년 후를 상상해 보고, 연산 능력이 부족해질 상황을 그려보세요.”라고 말했습니다. “양자가 어디에서 도움이 될 수 있는지 자문해 보세요. 오류 허용(fault-tolerant) 머신을 기다리지 않고도 비즈니스 가치를 창출할 수 있는 비교적 쉽게 달성 가능한 기회를 찾으세요.”

지금이 바로 그러한 기회를 포착하고 양자 인재 풀을 확대해야 할 시점입니다.

Dr. Cortiana는 “양자 우위가 현실화되면 모두가 이를 활용하려 할 것입니다.”라고 말했습니다. “미리 역량을 갖추는 것이 더 낫습니다. 그렇지 않으면 따라잡기 어려울 것입니다."

E.ON은 에너지 배전망, 에너지 인프라 솔루션, 에너지 판매 분야에서 활동하는 유럽 최대 규모의 에너지 기업 중 하나입니다. 160만 킬로미터에 이르는 에너지 배전망과 약 4,700만 고객을 기반으로, E.ON은 친환경적이고 디지털화된 분산형 에너지 세상을 구축하는 데 선도적인 역할을 하고 있습니다. 새로운 에너지를 현실로 만드는 것은 E.ON의 책임입니다.