책리뷰) 1억배 빠른 양자 컴퓨터가 온다

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1억배 빠른 양자 컴퓨터가 온다

오랜만에 책을 읽었다. 평소에 양자컴퓨터에 꽤나 큰 관심이있었기에, 유심히 읽었다.

책의 저자는 일본인 교수였고, 학력을보니 똑똑한 사람이었다. 책 내용은 양자컴퓨터에 어느정도 흥미가 있는 사람이라면 읽을 수 있는 수준이었다.

 

책은 제목에서와 같이 구글과 NASA의 기자회견으로 시작되었다. 캐나다의 벤처기업에서 만든 D-WAVE 2X라는 양자컴퓨터를 사용해본 결과, 그 계산능력이 기존의 컴퓨터보다 1억배 빨랐다는 내용이었다. 물론 이렇게 단순수치계산에는 많은 변수가 있지만, 그만큼 양자컴퓨터가 뛰어나다는걸 보여주는 대목이었다.

 

하지만 이렇게 뛰어난 양자컴퓨터이지만 모든것에는 장단점이 있다는걸 잊으면 안된다. 아직은 양자컴퓨터 연구가 걸음마 단계이고, 기껏해야 만들수있는 비트(Qubit)의 수가 1000개를 겨우 넘는 수준이다. 그리고 대학교 연구실에서 사용하는 실험기계와같이, '범용성'을 가지지못한 특정 문제만을 풀 수 있는 '전용성'이 강한 단계이다. 이렇게 범용성이 떨어지는 양자 컴퓨터라도 왜 이렇게까지 주목을 받는걸까?

 

'조합최적화문제'를 설명하는 쉬운 예가 하나 있다. 순회하는 외판원 문제(Traveling Salesperson Problem)을 보자,

 

세일즈맨이 들려야 할 집이 3개있다고 치자.

경우의 수는 3! = 3 * 2 * 1 = 6

세일즈맨이 들려야 할 집이 4개있다고 치자.

경우의 수는 4! = 4 * 3 * 2 * 1 = 24

세일즈맨이 들려야 할 집이 5개있다고 치자.

경우의 수는 5! = 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120

세일즈맨이 들려야 할 집이 10개있다고 치자.

경우의 수는 10! = 3,628,800

 

cf)

  0! = 1
  1! = 1
  2! = 2
  3! = 6
  4! = 24
  5! = 120
  6! = 720
  7! = 5040
  8! = 40320
  9! = 362880
 10! = 3628800
 11! = 39916800
 12! = 479001600
 13! = 6227020800
 14! = 87178291200
 15! = 1307674368000
 16! = 20922789888000
 17! = 355687428096000
 18! = 6402373705728000
 19! = 121645100408832000
 20! = 2432902008176640000

 30! = 265252859812191058636308480000000

 40! = 815915283247897734345611269596115894272000000000

 

경우의수가 정말 겉잡을 수 없이 커져버린다. (이걸 수학적으로 어떻게 말해야할 지 모르겠음ㅋ)

이럴때, 우리의 양자컴퓨터가 빛을 발한다.

0과 1의 상태가 공존하는 양자비트(Qubit)을 이용하면 표현할 수 있는 정보가 무척 많아진다.

같은수의 비트로 일반컴퓨터는 n개를 표현할 수 있으면, 양자컴퓨터는 2^n개를 표현할 수 있기때문이다.

(그래프 생각해보셈 ㅋㅋ)

 

이제 단점을 한번 살펴보자. 현재 유명한 양자 컴퓨터인 D-WAVE 2X는 넘어야 할 산이 많다.

Coherence Time이 너무 짧아서 여러 계산결과를 합쳐야만 한다, Qubit간 상호연결방법(Chimera Graph)때문에 아직 효율이 많이 나오지 않는다고 한다.

멋있고 똑똑한 해외 공학도들이 해결해야할 문제다.

 

내가 가장 관심있게 보았던 것은 양자컴퓨터가 인공지능에 어떻게 쓰이냐였다.

아직 모르는 내용도 많고, 설명도 잘 못하겠지만, 이해한 내용은 이렇다.

(이해한 내용을 쓰려고했는데 잘 이해를 못했나보다. 나중에 다시 읽어봐야겠다. ㄷㄷ,,,ㅠ)

 

책을 읽으며 기억에 남는게 있었다. 현재의 양자컴퓨터는 양자게이트라는 방식보다 양자어닐링이라는 방식을 사용하는데, 이 방식은 자연현상을 차용한 것이었다. Annealing[풀림]은 고온의 재료를 냉각시킬때 나타나는 현상인데 마치 '제자리를 찾아간다'라고 볼 수 있겠다. 외판원 문제를 다시 한번 보자. 정제된 알고리즘을 이용해도 오래걸리는 계산을 단지 어닐링이라는 자연현상을 이용해서 말그대로 '자연스럽게' 엄밀해(exact solution) 혹은 근사해(approximate solution)을 구할 수 있다니. 자연현상이란 정말 신비하다고 느꼈다. 그리고 그 자연에 숨어든 원리를 파헤치려고 하는 자연과학이 더 와닿는 느낌이었다. 이 세상에는 정말 모르는게 많고, 끝없는 공부구나,, 라고 다시금 깨닫는 계기가 되었다.

 

내가 나아가야 할 방향은 무엇일까?

오늘도 어질어질 이 우주의 이방인이 된 '나'이다.

 

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+ 전문적인 내용을 글로 쓰다보니, 정말 모르는게 많은걸 느꼈다. 단어 하나하나 정의에도 신경써야하고, 내가 이해한게 맞는지도 의문이 들고, 의문에 의문에 물꼬를 틀다보면 정말 끝이없다. 가벼운 마음으로 받아들여야지.