최신 양자 컴퓨터 기본과 시스템 - 수식없이 알아보는 -

한 권으로 이해하는 양자 컴퓨터의 기본과 시스템
양자 컴퓨터는 무엇이며, 어떤 용도로 활용할 수 있을까요? 이것을 정확하게 설명하는 것은 의외로 어려운 일입니다.
 '현재의 양자 컴퓨터는 70년 전의 컴퓨터와 같은 상황'에 있습니다. PC, 스마트폰 등은 이제 당연하게 널리 사용되고 있지만, 이들이 생겨난 것은 지금으로부터 약 70년 전의 일입니다. 70년 전의 컴퓨터인 에니악은 약 3000평의 큰 공간에 17,468개의 진공관이 연결된 컴퓨터였으며, 프로그램을 변경하기 위해 진공관의 배선을 바꿔야하는 불편한 기계였습니다. 그러나 컴퓨터는 트랜지스터(반도체)의 발명 덕분에 우리의 일상 생활에서 빼놓을 수 없는 존재가 되었습니다.
현재의 양자 컴퓨터는 한번에 계산할 수 있는 양을 나타내는 양자 비트 수가 약 50개로 일상적으로 이용할 수 있는 정도는 아닙니다. 게다가 현재 많은 양자 컴퓨터들은 초전도 방식을 이용해 양자 비트를 생성하고 있지만, 초전도 방식은 노이즈에 약하고 오류 발생률이 높다는 점이 지적되고 있습니다.
그렇다고 양자 컴퓨터의 이용 가치가 없는가 하면, 그렇지 않습니다. 10년 정도 후에는 양자 비트 수가 현재의 50개에서 대폭 늘어날 것으로 예상됩니다. 덧붙여, 양자 비트의 수의 증가에 따른 오류 수정에 의해서 오류 발생률도 어느 정도 감소할 것으로 예상되어 곧 실용화 될 전망입니다. 양자 비트 수의 증가 및 오류 발생률 감소에 따라 가상 화폐로 이용되는 암호가 양자 컴퓨터로 2027년에 해독된다는 2027년 문제도 지적되고 있습니다. 물론 양자 비트의 증가는 가설에 불과하지만 현재의 초전도 방식 외에도 마요라나 입자에 의한 토폴로지컬 양자 컴퓨터 등 새로운 소자로의 개발도 진행되고 있습니다.
이런 점을 감안하면 향후 양자 컴퓨터의 개발이 진행되어 양자 컴퓨터가 이용될 날도 얼마 남지 않았다고 볼 수 있습니다. 그리고 그것을 향한 준비는 너무 이른 것은 아닙니다. 이 책에서는 수학 공식을 사용하지 않고 향후 실용화 될 양자 컴퓨터의 동향과 향후의 방향성을 알기 쉽게 설명했습니다. 이 책이 양자 컴퓨터를 이해하는 계기가 되었으면 합니다.

최근 양자 컴퓨터가 크게 주목받고 있습니다. 그것은 기존 컴퓨터가 한계를 보이기 시작했고, 양자 역학의 원리를 이용해 여러 개의 계산을 동시에 수행하여 슈퍼 컴퓨터를 압도적으로 능가하는 계산 능력을 발휘할 수 있기 때문입니다.
 '양자 컴퓨터의 실현은 아직은 먼 일의이라고 했었는데, 2011년 캐나다의 D-Wave사가 돌연 양자 컴퓨터의 판매를 발표하고, 2013년에 Google과 NASA가 이 이 D-Wave 양자 컴퓨터의 도입을 결정했으며, 2015년에는 Google과 NASA가 기자 회견에서 '이 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터에 비해 일억 배 고속'이라는 충격적인 내용을 발표하여 세상을 놀라게 했습니다.
일억 배 고속이라는 것은 기존 컴퓨터로 일억초 걸리는 것이 양자 컴퓨터로 1초만에 끝낼 수 있다는 것입니다(일억초는 약 3년 2개월). 또한, IBM은 2018년 세계 최초로 '퀀텀(모델명Q)'이라는 양자 컴퓨터를 상용화하는데 성공했다고 발표했으며 전문가들은 지금 슈퍼 컴퓨터로 십억년이 걸릴 계산을 2분이면 할 수 있다고 보고 있습니다.
또한 구글은 2019년 양자 컴퓨터 시커모어(Sycamore)로 기존 컴퓨터로 일만년 걸리는 연산을 200초 만에 끝냈다고 주장했습니다.
2019년 6월 11일 서울 신라 호텔에서 '매경-IBM 씽크 서밋 코리아' 현장에서 국내 최초로 퀀텀 실물 모형이 공개되었으며 그 성능이 현존하는 슈퍼 컴퓨터보다 천조배 빠르다는 전문가들의 평가 보도가 있었습니다.
이 상상을 초월하는 양자 컴퓨터는 인류가 경험한 기술 혁신 중 가장 파괴적인 변화를 가져다 줄 것이며 모든 산업, 모든 사회 시스템, 모든 사람에게 영향을 미칠 것이라고 단언하고 있습니다.
이 '수식없이 알아보는 양자 컴퓨터 기본과 시스템'은 이러한 양자 컴퓨터의 현황과 양자 컴퓨터의 정체, 양자 컴퓨터가 변화시키는 인공지능과 가상 화폐, 미국의 Google, IBM, 마이크로소프트 등 초대형 IT업체들의 활용 전략, 일본의 후지쯔, 히타치, NEC 등의 활용 전략, 중국의 활용 전략 등이 알기 쉽고 상세하게 정리되어 있습니다.
우리 나라에서도 삼성 전자가 양자 컴퓨터에 관하여 큰 관심을 갖고 임하고 있으며, 미국 듀크 대학의 김정상 교수 등이 창업한 벤처 기업 IonQ에 투자도 진행하고 있는 것으로 알려져 있습니다. 한국의 반도체 기술의 우수성과 AI 반도체의 개발 등을 기초로 하여 새로운 양자 컴퓨터의 개발도 바라볼 수 있는 것으로 생각할 수 있으며, 많은 국민들이 이 양자 컴퓨터에 관하여 흥미와 관심을 가지고 국산 양자 컴퓨터의 개발에 매진했으면 하는 염원으로 이 책의 서평을 마칩니다.  

옮긴이 : 변문현
서울대학교 공과대학 기계공학과 학사 후 동대학원 석사. 일본 동경대학교 정밀 기계공학과 공학박사. 서울대학교 공과대학 기계공학과 강사, 충남대학교 교수 역임. 독일 Karlsrue 대학 파견 연구 참여. 서울대학교 부설 자동화시스템공동연구소 운영위원, 기술고시/기술사 시험위원, 충남대학교 공과대학 부속 산업기술연구소 소장, 대한기계학회 충청지부장, 대한기계학회 생산 및 설계공학부문위원장, 한국 CAD/CAM학회 고문 등 역임. 현 충남대학교 명예교수.

감수 : 나가하시 켄고
게이오 대학 환경 정보 학부 졸업. 동 대학원 정책·미디어 연구과 수료, 2005년 도쿄 대학 대학원 정보 이공학 연구과 박사 학위 취득 (정보이공학). 영국 케임브리지 대학 컴퓨터 연구소 객원 연구원을 거쳐, 2006년 닛코 시티 그룹 증권(현 시티 그룹 증권) 에서 IT서비스·소프트웨어 담당 증권 애널리스트로 종사. 2009년 3월, 퓨쳐브릿지 파트너스(주) 설립. 경영 컨설턴트로서 경영의 시점에서 기업 전략, 경영 관리, IR지원, M&A 및 재무 실시. (주)앱스 대표이사.
'사용하고 배우는 IPv6'(아스키02년 4월 초판)의 공동 저자, '한 권으로 이해하는 네트워크' (고단샤 블루백스, 08년 5월), '인터넷 기업의 새로운 기술과 전략 이해'(슈와 시스템, 2011년 9월), '빅 데이터 전략' (슈와 시스템, 2012년 3월), '스마트폰 비즈니스 모델' (슈와 시스템, 2012년 9월), '시스템 개발은 멸종 위기 업종이 되어 버리는 것인가?- 50가지 생존술' (슈와시스템, 14년 6월), 'FinTech의 기본과 메커니즘' (슈와시스템, 16년 12월) 등의 저자.

처음으로

chapter 1 양자 컴퓨터의 현재
 수식없이 알 수 있는 양자 컴퓨터
1-1 다섯개의 간단한 질문으로 알아보는 양자 컴퓨터
1-2 양자 컴퓨터와 슈퍼 컴퓨터의 차이점
1-3 양자 컴퓨터를 구현하는 두 가지 방식
1-4 양자 컴퓨터에 의한 AI의 진화
1-5 가상 화폐와 양자 컴퓨터
1-6 구글의 양자 컴퓨터
 칼럼 폰 노이만-천재를 만드는 방법

chapter 2 양자 컴퓨터란 무엇인가
2-1 양자 컴퓨터란
2-2 양자 뉴럴 네트워크
2-3 이징 컴퓨터
2-4 IonQ 이온 트랩형 양자 컴퓨터
2-5 디빈센조의 양자 컴퓨터 표준
2-6 계층식 양자 컴퓨터 시스템
2-7 양자 컴퓨터를 구현하는 물리층
2-8 오류 수정을 구현하는 양자 오류 수정층
2-9 양자 알고리즘을 구현하는 애플리케이션층
 칼럼 점균형 컴퓨팅

chapter 3 양자 컴퓨터가 바꾸는 인공지능과 가상 화폐
3-1 양자 컴퓨터는 가상 화폐와 인공지능에 어떻게 적용되는가
3-2 양자 컴퓨터와 인공지능
3-3 분자 시뮬레이션과 양자 컴퓨터
3-4 리게티에 의한 클러스터링
3-5 가상 화폐와 양자 컴퓨터: 양자 컴퓨터가 마이닝을 지배할 수 있는가
3-6 가상 화폐와 양자 컴퓨터: 양자 컴퓨터가 풀 수 없는 가상 화폐는 무엇인가
3-7 가상 화폐와 양자 컴퓨터: 양자 컴퓨터가 해독할 수 없는 암호화를 구현할 수 있는가
 칼럼 볼츠만 기계학습과 양자 컴퓨터

chapter 4 양자 컴퓨터의 활용 전략
4-1 양자 컴퓨터의 비즈니스 활용
4-2 구글의 활용 전략
4-3 IBM의 활용 전략
4-4 마이크로소프트의 활용 전략
4-5 중국의 활용 전략
4-6 일본의 활용 전략
 칼럼 8년의 세월을 생각하다

 마지막으로
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