양자 컴퓨팅은 모든 것을 바꿀 수 있으며 IBM은 이를 마스터하기 위해 Microsoft, Intel 및 Google과 경쟁하고 있습니다.

Intel의 양자 하드웨어 이사인 Jim Clark가 회사의 양자 프로세서 중 하나를 사용하고 있습니다. 사진; 인텔

• 양자 컴퓨터는 이전에는 다루기 어려웠던 문제를 해결할 수 있는 강력한 컴퓨팅 기능을 창출할 수 있는 매우 흥미로운 기술입니다.
• 전문가들은 IBM이 양자 컴퓨팅 분야를 선도하고 있으며, 이것이 바로 Google, Intel, Microsoft 및 다수의 스타트업이 IBM의 영향을 받고 있다고 말합니다.
• 투자자들은 시장을 뒤흔들 수 있는 IonQ, ColdQuanta, D-Wave Systems 및 Rigetti를 포함한 양자 컴퓨팅 스타트업에 매력을 느낍니다.
• 그러나 문제가 있습니다. 현대 양자 컴퓨터는 일반적으로 오늘날의 슈퍼컴퓨터만큼 강력하거나 안정적이지 않으며 시작하고 부팅하려면 특별한 조건이 필요합니다.

지난 9월, IBM은 비즈니스에 사용할 수 있는 세계 최초의 양자 컴퓨터인 IBM Q System One을 발표하여 큰 반향을 불러일으켰습니다. 이 장치는 XNUMX입방피트 용량의 매끈한 유리 케이스에 들어 있었습니다.

이는 여전히 연구실에 있는 양자 컴퓨터에 있어 중요한 이정표다. IBM에 따르면 구매자들은 이미 화학, 재료 과학, 식품 제조, 항공우주, 의약품 개발, 주식 시장 예측, 심지어 기후 변화까지 다양한 분야에서 가능성을 보여주는 이 기술을 손에 넣을 방법을 모색하고 있습니다.

IBM Q 시스템 원. 사진: IBM

흥분되는 이유는 양자 컴퓨터가 기존 시스템보다 기하급수적으로 더 많은 정보를 처리할 수 있게 해주는 마법 같은 속성을 갖고 있기 때문입니다. 양자 컴퓨터는 단순히 매우 빠른 컴퓨터가 아니라, 보다 정확하게는 근본적인 재검토가 필요한 완전히 다른 컴퓨팅 패러다임입니다.

기술 경쟁의 승자는 이 기술이 제공하는 기회를 활용하는 회사가 될 것입니다. IBM, Microsoft, Google 및 기타 거대 기술 기업과 스타트업이 이 기술에 투자하고 있습니다.

Business Insider는 IBM Q 전략 및 생태계 부사장 Bob Sutor에게 사람들이 이러한 시스템에 액세스할 수 있도록 하는 방법에 대해 물었습니다. 사람들은 어떻게 시스템에 액세스할 것인가? 많은 사람들이 양자 컴퓨터를 사용하여 작업을 수행하는 방법을 어떻게 배울 수 있습니까?

조만간 사무실에서 양자 컴퓨터를 볼 가능성은 거의 없습니다. 우리와 대화한 전문가들은 IBM이 사용할 수 있음에도 불구하고 양자 컴퓨팅이 실제로 주류에 도달하기까지는 XNUMX~XNUMX년이 더 걸릴 것이라고 믿습니다. IBM Q System One은 현재 일부 고객에게만 클라우드 컴퓨팅 서비스로 제공됩니다. 사람들이 이와 같은 것을 구입하여 자신의 목적에 맞게 사용할 수 있기까지는 시간이 좀 걸릴 것입니다.

실제로 전문가들은 양자컴퓨터가 큰 가능성을 보여주지만 대량생산과는 거리가 멀다고 말한다. 그것들은 매우 취약하며 작동하려면 특별한 조건이 필요합니다. 더욱이 오늘날의 양자 컴퓨터는 우리가 이미 가지고 있는 컴퓨터만큼 안정적이거나 강력하지 않습니다.

Intel의 양자 하드웨어 이사인 Jim Clark는 Business Insider에 “우리는 약 XNUMX년 안에 양자 컴퓨터가 여러분의 삶이나 나의 삶을 변화시킬 것이라고 믿습니다.”라고 말했습니다. — 사실 우리는 이제 마라톤의 첫 번째 마일에 도달했습니다. 그렇다고 우리가 그것에 대해 걱정하지 않는다는 뜻은 아니다."

양자 컴퓨터란 무엇입니까?

빌 게이츠는 양자 뒤에 숨겨진 수학이 자신의 이해 범위를 넘어선다고 말한 적이 있지만 모두가 동의하는 것은 아닙니다.

IonQ의 CEO이자 공동 창업자인 Chris Monroe는 Business Insider에 "양자 물리학이 물리학이고 너무 복잡하다는 것은 약간의 오해입니다."라고 말했습니다. “많은 사람이 이해할 수 없는 것은 그것이 이해할 수 없다는 점이지만, 당신이 그렇듯이 나도 이해할 수 없습니다.” 어떤 것이 중첩될 수 있다면 동시에 두 가지 상태에 있을 수 있다는 의미입니다. 현실 세계에서는 이런 일을 경험하지 못하니까 이상해요."

우리가 사용한 컴퓨터는 데이터를 이진 코드라고 하는 1 또는 0의 문자열로 표시합니다. 그러나 양자 컴퓨터는 데이터를 1, 0 또는 가장 중요하게는 동시에 두 숫자로 표현할 수 있습니다.

시스템이 동시에 두 개 이상의 상태에 있을 수 있는 경우 이를 '중첩'이라고 합니다. 이는 양자 컴퓨팅의 마법처럼 보이는 속성 중 하나입니다. 여기서 또 다른 핵심 원리는 "얽힘"입니다. 이는 두 입자가 물리적으로 얼마나 멀리 떨어져 있더라도 완벽하게 동기화되어 이동할 수 있게 하는 양자 특성입니다.

설명대로 기사 Scientific American에서는 이 두 가지 특성이 결합되어 오늘날 시장에 있는 어떤 시스템보다 훨씬 더 많은 데이터를 동시에 처리할 수 있는 컴퓨터를 만듭니다.

양자 컴퓨터의 성능은 양자 컴퓨터의 기본 측정 단위인 큐비트(qubit)로 측정됩니다. 최신 컴퓨터에 32비트 또는 64비트 프로세서(한 번에 처리할 수 있는 데이터 양을 나타내는 척도)가 있는 것처럼, 큐비트가 더 많은 양자 컴퓨터는 훨씬 더 많은 처리 능력을 갖습니다.

양자 컴퓨터 내부. 사진: IBM

하늘이 한계다

이 모든 것은 양자 컴퓨터가 이전에 컴퓨팅 성능으로 인해 제한되었던 문제를 해결할 수 있음을 의미합니다.

예를 들어, 양자 컴퓨터는 집으로 돌아가기 전에 여러 도시 간 최단 경로를 찾아야 하는 복잡한 계산 문제인 유명한 여행하는 외판원 문제를 대략적으로 해결할 수 있습니다. 간단해 보이지만 수학적으로 보면 경로에 도시를 더 많이 추가할수록 최적의 단일 경로를 찾는 것이 더 어려워집니다.

마찬가지로, 양자 컴퓨터는 가장 까다롭고 시간이 많이 걸리는 문제를 헤쳐나가고 막대한 양의 금융, 제약 또는 기후 데이터를 조사하여 최적의 솔루션을 찾을 수 있습니다. 실제로 양자 스타트업 D-Wave는 이미 폭스바겐과 협력하여 운전 패턴을 분석하고 엄청난 양의 소음을 조사하여 문제의 원인을 파악하고 있습니다.

암호화 분야에서의 유용성에 대해 논의합니다. 양자컴퓨터는 기존에 알려진 암호와는 다른 암호화 방식을 터득해 국가기밀도 쉽게 해독할 수 있다. 이 유용한 기능에 대해 전 세계 정부가 큰 관심을 갖고 있는 반면, 활동가들은 양자 컴퓨팅의 출현으로 인해 개인 정보가 침해될 수 있다고 우려하고 있습니다.

물리학 문제

가트너 R&D 부사장 매튜 브리스(Matthew Briss)는 “양자 컴퓨팅은 아직 초기 단계이기 때문에 아직 입증되지 않은 정보가 많다”고 말했다. "그러나 구매자들은 이미 비즈니스를 위한 양자 컴퓨팅의 경쟁 우위를 결정하기 위한 애플리케이션을 찾고 있습니다."라고 그는 말합니다.
모든 과장된 광고에도 불구하고 전문가들은 양자 컴퓨터가 1950년대 PC만큼 선도적이지는 않다고 믿습니다. 물론 그들은 추진력을 얻고 있지만 천천히 진행되고 있습니다.
Forrester의 부사장이자 수석 분석가인 Brian Hopkins는 Business Insider에 "양자 컴퓨팅은 느리게 움직이는 기차에 비유될 수 있습니다."라고 말했습니다. "그가 초당 XNUMX인치를 움직인다면, 한 달 안에 그는 이미 초당 XNUMX인치를 지나갈 것입니다." 머지않아 그 사람은 더 빨리 움직이기 시작할 거예요."

이제 가장 큰 문제는 고전 컴퓨터가 할 수 없는 일을 양자 컴퓨터가 할 수 없다는 점이다. 업계에서는 양자컴퓨터가 현재의 한계를 뛰어넘는 양자우월이라는 순간을 기대하고 있다.

분석가 Briss는 "고객이 우리를 방문할 때 가장 중요한 것은 비즈니스에 유용하다면 어떤 모델이든지 상관하지 않는다는 것입니다."라고 말합니다. — 기존 알고리즘을 능가할 수 있는 모델은 없습니다. 양자 컴퓨터 하드웨어가 개선되기 시작할 때까지 기다려야 합니다.”

IBM 연구원인 Katie Pooley는 양자 컴퓨터의 온도를 낮게 유지하는 데 도움이 되는 저온 유지 장치를 조사합니다. 사진: 앤디 아론, IBM

가장 큰 문제는 컴퓨팅 성능이 부족하다는 것입니다. 양자 우월성을 위해서는 50큐비트의 성능을 갖춘 컴퓨터가 필요하다고 가정됩니다. 이 이정표는 실험실에서 달성되었지만 영구적이지 않으며 지속될 수 없습니다. 실제로 큐비트는 오류가 발생할 수 있고 불안정할 수 있으며, 이로 인해 생성 문제가 발생하고 잠재력이 감소합니다.

또 다른 중요한 요소는 더 많은 물질입니다. 양자 컴퓨터가 작동하려면 환경으로부터 완전히 격리되어야 하며 매우 낮은 온도가 필요합니다. 아주 작은 진동이라도 큐비트가 붕괴되어 중첩 상태에서 벗어날 수 있습니다. 마치 어린이가 테이블을 두드리면 회전하는 동전이 테이블 위로 떨어지는 것과 같습니다.

IBM Q System One과 같은 이전 양자 컴퓨터는 부피가 너무 커서 필요한 격리 및 냉각 조건이 실제로 어려운 문제가 되었습니다. 이 문제를 더욱 악화시키는 것은 초전도 케이블과 저온 냉장고 등 필요한 부품이 부족하다는 점입니다. 그들은 심각한 부족 상태에 있습니다.

궁극적으로 이는 지식이 향상되고 기술이 발전함에도 불구하고 양자컴퓨팅이 여전히 현실적으로 실현 가능하지 않다는 것을 의미합니다.

Intel의 Clark은 “내 작업 그룹의 과제 중 하나는 매우 균일한 환경을 만들 수 있도록 재료, 실리콘, 금속을 조작하는 것입니다.”라고 말했습니다. - 이는 기본적으로 최고의 반도체 기술이다. 대규모 양자 컴퓨팅을 만드는 데 필요한 기술은 아직 존재하지 않습니다.”
또 다른 문제는 양자 컴퓨터가 예측할 수 없는 컴퓨팅 성능을 제공할 수 있는 부인할 수 없는 잠재력을 가지고 있다는 것입니다. 그러나 실제로 이러한 시스템을 프로그래밍하거나 운영한 경험이 있는 사람은 세상에 많지 않으며, 잠재 구매자는 이를 실제로 사용하는 방법을 알아내려고 노력하고 있습니다.

위대한 양자 경쟁

분석가들은 IBM Q System One의 제한된 상용 가용성 덕분에 IBM이 현재 양자 컴퓨팅 경쟁을 주도하고 있다고 말합니다. 클라우드를 통해 액세스하기 때문에 IBM은 특정 고객이 계속 사용할 수 있도록 허용하면서 이 양자 컴퓨터의 기능을 유지하기 위해 이러한 특별한 조건을 유지할 수 있습니다.

분석가 Briss는 “[IBM의 양자 컴퓨터]가 흔들리고 있다고 생각합니다.”라고 말했습니다. “서비스 모델로서의 양자 컴퓨팅이 올바른 모델이라고 생각합니다.” 용기에 담아 구체적으로 처리함으로써 품질을 향상시키려고 노력하고 있습니다.”

IBM의 Sarah Sheldon과 Pat Gumann은 양자 컴퓨터를 냉각시키는 용해 냉장고를 연구하고 있습니다. 사진: IBM

동시에 분석가들은 이 시장의 모든 플레이어가 언제든지 앞서 나갈 수 있는 돌파구를 찾을 수 있으며 이는 여전히 필요한 경쟁이라고 지적합니다.

IT 대기업마다 이 문제에 다르게 접근합니다. Intel, IBM, Google 및 양자 컴퓨팅 스타트업 Rigetti는 최첨단 슈퍼컴퓨터로 구동되는 초전도 회로 기반 시스템을 구축하고 있습니다.

Microsoft 더 나은 큐비트를 만들기 위해 완전히 다른, 아마도 더 위험한 접근 방식을 취하고 있습니다. Microsoft가 한 번에 여러 위치에 정보를 저장하기 위해 조각 전자를 생성하려고 하는 토폴로지 큐비트는 정보를 더 안정적이고 파괴 가능성을 줄입니다. 경쟁업체가 구축하려는 것보다 견고성은 떨어지지만 그 결과는 양자 컴퓨팅 전체 분야에서 중요한 진전이 될 것이라고 분석가인 홉킨스는 말했습니다.

"그들은 도박을 하고 있으며 많은 사람들은 결코 성공하지 못할 것이라고 생각합니다"라고 Hopkins는 말했습니다.

보다 모험적인 측면에서는 IonQ 및 D-Wave와 같은 스타트업이 이온 트랩핑 및 양자 어닐링과 같은 최첨단 기술에 투자하고 있습니다. 간단히 말해서, 그들은 완전히 새로운 방법을 사용하여 각 큐비트에서 더 높은 성능과 안정성을 달성하기 위해 다양한 방법을 시도하고 있습니다.

D-Wave의 프로세서 및 양자 제품 설계 및 개발 담당 부사장인 Mark Johnson은 Business Insider에 "이를 통해 복잡한 문제를 해결하고 지속적으로 발전하는 양자 컴퓨터를 구축할 수 있습니다."라고 말했습니다.

IBM 양자 과학자가 뉴욕주 요크타운 하이츠에 있는 Thomas J. Watson 연구 센터의 IBM Q 컴퓨팅 센터를 안내하고 있습니다. 사진: IBM의 Connie Zhou

퀀텀 스타트업

양자 컴퓨팅의 급증으로 관련 스타트업에 대한 투자자의 관심이 촉발되었습니다. IBM의 Robert Sutor는 전 세계적으로 약 100개의 양자 소프트웨어, 하드웨어, 심지어 컨설팅 스타트업이 있다고 추정합니다. 이는 거대한 스타트업 시장에 비하면 규모는 작지만, 이전보다는 훨씬 크다.

IonQ의 Monroe는 “저는 처음부터 오랫동안 이 분야에 있었습니다.”라고 말했습니다. — 오랫동안 초기 단계였지만 5~8년 전까지만 해도 주목을 받고 막대한 투자를 유치했습니다. 때가 왔다는 것이 분명해졌습니다.”

양자컴퓨팅 스타트업 이온큐(IonQ)의 CEO이자 공동 창업자인 크리스 먼로(Chris Monroe). 사진: 이온Q

Rigetti와 같은 일부 기업은 자체 양자 칩과 정교한 양자 컴퓨팅 시스템을 갖춘 거대 기술 기업과 맞붙을 준비가 되어 있습니다.

Rigetti의 제품 담당 부사장인 Betsy Masiello는 Business Insider에 "이것이 우리 비즈니스의 핵심입니다."라고 말했습니다. — 양자 컴퓨팅 분야의 소프트웨어 애플리케이션을 연구하는 양자 공간에는 많은 회사가 있습니다. 우리는 마이크로칩을 생산하고 컴퓨팅 시스템을 구축합니다.”

Maverick Ventures의 전무 이사인 Matthew Kinsella는 양자 컴퓨팅 분야에 대해 낙관적이라고 말했습니다. 그의 회사는 양자 시스템에 사용되는 장비를 만드는 회사인 ColdQuanta에 투자하기까지 했습니다. 그는 양자 컴퓨터가 XNUMX~XNUMX년 내에 오늘날의 시스템보다 성능이 뛰어날 것으로 예상합니다. Maverick Ventures는 장기적으로 투자하고 있습니다.

“저는 양자 컴퓨팅을 정말로 믿습니다. 비록 일상적인 문제를 해결하기 위해 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 더 좋아지기까지 예상보다 오랜 시간이 걸릴 수 있지만 말입니다. 우리는 향후 몇 년 안에 소규모 문제를 해결하는 데 양자 컴퓨터의 이점을 보게 될 것입니다.”라고 Kinsella는 말했습니다.

D-Wave의 2000Q 시스템 연구소. 사진: D-웨이브

우리가 인터뷰한 분석가들처럼 Kinsella는 소위 "양자 겨울"을 기대하고 있습니다. 전문가들은 양자 컴퓨터에 대한 과대광고가 있을 수 있지만 사람들은 점점 더 희망을 품고 있다고 경고합니다. 기계는 아직 완벽하지 않으며 투자자가 결과를 보기까지는 수년이 걸릴 것입니다.

관점에서

양자 우월성을 넘어서도 전문가들은 전통적인 컴퓨터와 슈퍼컴퓨터를 위한 자리가 여전히 있다고 확신합니다. 그때까지는 논의하기 전에 해결해야 할 비용, 크기, 안정성 및 처리 능력 문제가 여전히 남아 있습니다.

분석가 Briss는 “숨을 쉬어야 합니다.”라고 말했습니다. "이 분야에는 시간이 많이 걸리는 흥미로운 일들이 많이 일어나고 있습니다." 그것은 물리학, 컴퓨터 과학, 그리고 솔직히 과학적 분석의 대기업입니다. 우리가 모든 답을 안다면 이것을 연구할 필요는 없지만 앞으로 많은 연구가 필요합니다."

리게티 양자 컴퓨터. 사진: 리게티

그러나 많은 사람들에게 이것이 미래라는 것은 분명합니다. 최초의 메인프레임 컴퓨터 제조업체가 이것이 결국 손바닥 크기의 스마트폰으로 이어질 것이라는 사실을 깨닫지 못한 것처럼 말입니다. 양자 컴퓨터는 완전히 새로운 길로 가는 첫 번째 단계가 될 수 있습니다.

Microsoft의 기업 거버넌스 담당 부사장인 Todd Holmdahl처럼 이것이 오늘날 인공 지능과 기계 학습보다 더 중요할 수 있다고 낙관적으로 말하는 사람은 거의 없습니다. 그는 자녀들에게 자신이 열정을 갖고 있는 일을 해야 하며 언제든지 인공지능 분야에서 일자리를 얻을 수 있다고 말하곤 했습니다. 이제 그는 양자 컴퓨팅에 대해서도 똑같이 말할 것입니다.

“이 분야는 앞으로 발전할 분야입니다. 우리는 그것을 채우고 그것이 시들어가는 것을 방지할 사람들이 필요합니다.”라고 Holmdahl은 말했습니다. "그것은 우리 세대에서 중요한 역할을 하며 미래에 놀라운 것을 창조할 수 있는 기회를 제공합니다."

출처 : habr.com