[IF] 量子… 정보의 '창과 방패' 동시에 들다

    입력 : 2017.07.15 03:02

    양자의 원리 활용하면 모든 암호 풀 수도, 어떤 해킹도 막을 수 있다는데…

    엄청 빠른 양자 컴퓨터

    '컴퓨터 1억배' 연산속도로 복잡한 암호도 바로 풀어
    구글·IBM 등 상용화 경쟁… 곧 수퍼컴 속도 추월할 듯

    엄청 견고한 양자 암호
    암호 체계도 복잡한데다 중간에서 암호 가로채면
    내용 변질되어 전달돼 해킹 사실도 바로 발각

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    양자컴퓨터는 세상 모든 암호를 풀 수 있고, 양자통신은 해킹이 원천적으로 불가능하다. 서로 같은 원리에서 시작된 양자컴퓨터와 양자통신 기술은 마치 한 손에 창, 다른 손에 방패를 든 그리스 신화 속 ‘전쟁의 여신’ 아테나의 모습처럼 보인다. 여신의 왼쪽에 있는 사진은 IBM의 양자컴퓨터인 Q이고, 오른쪽은 중국 연구진이 레이저로 양자통신을 실험하는 모습이다. / 블룸버그·위키미디어·게티이미지 뱅크
    구글·IBM·마이크로소프트 등 세계 인터넷 업계를 좌우하는 기업들이 동시에 올해를 새로운 컴퓨터의 시대가 열리는 시발점이 될 것이라고 발표했다. 바로 양자컴퓨터이다. 현재 컴퓨터의 1억배 성능일 것으로 예상된다. 지금은 연산 시간이 오래 걸려 풀지 못하던 문제도 순식간에 풀 수 있다는 것이다.

    양자컴퓨터가 모든 것을 뚫는 창이라면, 양자통신은 모든 것을 막아내는 방패와 같다. 중국 연구진은 지난달 우주에 띄운 위성을 이용해 1203㎞ 떨어진 지구상 두 지점 사이의 정보 순간이동에 성공했다. 도중에 정보를 엿보면 바로 형태가 바뀌어 해킹이 원천적으로 불가능한 기술이다. 과연 창이 뚫을까, 아니면 방패가 막아낼까.

    PC 1억배 성능 발휘할 양자컴퓨터

    양자컴퓨터는 기존 컴퓨터와 비교해 어떻게연산 속도가 더 빠를 수 있는 걸까. 미국 빅데이터 전문 연구소인 API의 창립자인 버나드 마는 양자컴퓨터의 기본 정보단위인 큐비트(qubit)의 개념을 설명하기 위해 '구(球)'를 묘사했다. 현재 컴퓨터에서 사용하는 비트는 0과 1 중 하나로 정보를 표현한다. 이 0과 1은 구 양쪽 끝에만 존재하지만, 큐비트는 구 위 아무 곳이나 임의의 한 점에 존재할 수 있다. 즉 0과 1 두 가지가 중첩돼 존재할 수 있다는 말이다.

    큐비트가 늘수록 양자 컴퓨터의 연산속도는 기하급수적으로 증가한다. 큐비트 2개는 동시에 4개(2의 제곱) 상태를, 큐비트 4개는 동시에 16개(2의 4제곱) 상태를 나타낼 수 있다. 양자의 중첩성이다.

    전문가들은 양자컴퓨터의 상용화가 머지않았다고 보고 있다. 이미 구글과 IBM 등 세계적 IT 기업들이 경쟁적으로 연구에 나서고 있다. 현재 세계 최고 수준의 양자컴퓨터는 오스트리아 인스브룩대의 20큐비트짜리다. 구글은 올해 안에 49큐비트의 양자컴퓨터를 구현하겠다는 계획을 발표했다. 구글은 지난해 초전도 회로를 이용한 9큐비트 양자컴퓨터를 내놓는 등 가장 앞선 기술력을 보이고 있다. 지난 3월 IBM도 계산만 하는 기계가 아니라 제약이나 금융, 보안, 인공지능 등에 널리 활용할 수 있는 범용 양자컴퓨터 'Q'를 상용화한다고 밝혔다. IBM은 현재 5큐비트인 시스템 성능을 수년 안에 10배인 50큐비트까지 끌어올리겠다고 밝혔다. 구글과 IBM은 올해 처음으로 양자컴퓨터가 수퍼컴퓨터를 능가할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

    구글과 IBM 모두 양자컴퓨터를 클라우드 형태로 일반에 공개하고 있다. 누구나 공개 사이트에 접속해 알고리즘이나 프로그램을 두 기업의 양자컴퓨터에서 시험할 수 있다. IBM이 지난해 공개한 '퀀텀 익스피리언스'에는 4만명 이상이 접속한 것으로 알려졌다. 양사는 소프트웨어 개발 키트(SDK)나 응용프로그램 인터페이스(API) 등을 공개하며 개발자가 양자컴퓨터를 활용할 수 있도록 장려할 방침이다.

    현재 개발되고 있는 양자컴퓨터의 큐비트는 특별한 소자가 있어야 만들 수 있다. 절대 온도 0도에 가까운 극저온에서 작동하는 초전도 회로나 진공에 원자들을 두는 방식이 있다. 큐비트를 컴퓨터처럼 작동하도록 제어하려면 많은 장비와 첨단 기술이 필요한 것이다. 구글과 IBM, 마이크로소프트, 인텔 등의 거대기업과 리게티(Rigetti), 아이온큐(IonQ), 퀀텀 서큐트(Quantum Circuts) 등의 스타트업들이 저마다의 방식으로 큐비트를 증가시킬 방법을 개발하고 있다.

    양자컴퓨터는 뛰어난 연산 속도 덕분에 단순히 암호를 푸는 작업뿐 아니라 새로운 물질의 합성과 신약 개발 등 보다 광범위한 분야에 활용될 것으로 기대된다. 최근엔 양자컴퓨터를 빅데이터 분석이나 인공지능의 딥러닝 알고리즘에 응용하려는 연구도 시작됐다.

    해킹 즉시 정보 바뀌는 양자암호통신

    양자컴퓨터는 엄청난 연산 속도로 모든 암호를 무력화할 수 있다. 현재 세계적으로 널리 쓰이는 암호화 방식은 소인수분해를 이용한 'RSA 공개키 암호 방식'이다. 소인수분해는 어떤 수를 더 이상 나눌 수 없는 소수로 나누는 것을 말한다. 12를 소인수분해하면 2×2×3이 된다. 이 정도의 작은 수는 암산으로도 쉽게 인수분해할 수 있지만 실제 300자리 정수를 소인수분해하려면 현존하는 수퍼컴퓨터로도 1년이 필요하다.

    하지만 양자컴퓨터로는 300자리 정수도 30분이면 답을 내놓을 수 있다. 컴퓨터 연산속도가 회기적으로 빨라지기 때문이다. 전문가들은 양자컴퓨터가 일반 컴퓨터보다 1억배 이상 빠른 속도로 연산을 처리할 수 있다고 보고 있다. 과학자들은 기존 암호를 무너뜨릴 창과 함께 어떤 공격에도 무너지지 않는 방패에 대한 연구도 동시에 하고 있다. 양자컴퓨터와 같은 원리로 만든 양자통신은 새로운 방패로 주목받는다. 양자통신은 해커가 중간에서 암호를 가로채는 순간 변질되는 특성이 있다. 양자 통신 과정에서 해커가 도청을 했다면 내용이 변질된 상태로 도착하기 때문에 도청 사실을 바로 알아차릴 수 있다.
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