[양자역학이해하기] 큐비트가 불러올 혁신, 양자 컴퓨터

우리가 사용하는 컴퓨터는 이진법을 기반으로 작동된다. 사용자가 컴퓨터에 정보를 입력하면 컴퓨터 속 트랜지스터는 전기 흐름에 따라 0 또는 1을 부여한다. 이때, 정보의 상태를 정해주는 한 개의 트랜지스터를 보통 '1비트(Bit)'라고 부른다.

양자 컴퓨터는 양자의 성질을 이용한 '큐비트'라는 기본 단위를 사용한다. 기존 컴퓨터가 0과 1의 상태에서 하나를 선택하는 것과는 달리 큐비트는 0이면서 동시에 1의 상태로 존재할 수 있다. 이러한 현상을 '중첩'이라고 부른다. 즉, 1비트 안에는 0 또는 1의 두 가지 정보만 담길 수 있지만, 큐비트는 중첩을 이용해 총 네 가지의 정보를 담을 수 있는 것이다.

큐비트는 전자의 회전 방향에 따라 결정된다. 전자스핀 방향이 자기장의 방향과 같으면 0, 반대면 1이 된다. 앞서, 전자는 관측되기 전까지 두 가지 상태가 중첩된 형태로 존재하고, 관측하려는 시도에 의해 상태가 결정된다고 언급한 바 있다.

양자 중첩 현상을 이용하는 이유는 기존 컴퓨터보다 더 빠른 계산이 가능하기 때문이다.

기존 비트 체계에서는 하나의 정보에 하나의 결과만 생성된다. 반면 큐비트의 경우, 정보가 중첩돼 있어서 동시다발적으로 많은 경우의 수를 표현할 수 있다. 즉, 0과 1을 동시에 표현할 수 있는 큐비트의 특성상 다양한 값을 동시에 표현하고 계산하는 것이 가능해 많은 양의 데이터를 빠르게 처리할 수 있게 된다. 이때 양자 컴퓨터는 2^​n으로 작업 가능 숫자가 늘어난다. 따라서 10큐비트는 10비트에 비해 1,000배 많은 연산을 할 수 있고, 20큐비트는 20비트에 보다 백만 배 많은 정보를 연산할 수 있다.

양자 컴퓨터의 연산력은 복잡한 계산과 빅데이터 처리 시 빛을 발한다. 전문가들은 양자 컴퓨터가 발전하면서 금융, 제약, 교통, 보안 등 다양한 산업 분야에 혁신을 불러올 것으로 기대하고 있다.

차진희 기자 postmoneynews@gmail.com

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