Introduction

대학교 시절 알게 된 재무 교수님은 삼성증권 리서치센터장이라는 화려한 경력을 뒤로하고, 소명을 가지고 우리 학교의 강단에 오신 분이시다. 이런 분 밑에서 공부하는 건 내게 큰 도전이었고, 교수님은 수업 때 자주 신기술에 대한 공부를 강조하셨다. 몇 달 전부터 교수님이 양자컴퓨터 관련 투자에 대해 여기저기서 강연하시는 모습을 우연히 접했다. 마침 영상을 시청하고 6월 6일 시장을 보는데, 양자컴퓨터 관련 종목이 급등하는 걸 직접 목격했다.

양자컴퓨터라, 어렵다. 양자도 모르겠고 컴퓨터도 모르겠다. 그런데 하루 종일 여러 자료를 보면서 이제는 조금씩 이해가 되는 것 같다. 양자컴퓨터를 알고 싶은데 어려워할 분들을 위해, 그 내용을 쉽게 정리하고 공유하고자 글을 작성한다.

양자(Quantum)와 컴퓨터의 만남

양자(Quantum)는 더 이상 나눌 수 없는 에너지나 물리량의 '최소 단위'를 말한다. 우리가 연속적으로 존재한다고 생각했던 빛, 열, 에너지가 실제로는 '덩어리' 형태로 존재한다는 것을 20세기 초 막스 플랑크(Max Planck)가 증명했다. 예를 들어, 빛은 '광자(photon)'라는 양자 단위로 이동하는 형식이다.

리처드 파인만(Richard P. Feynman)은 '만약 당신이 양자역학을 이해한다고 생각한다면, 당신은 양자역학을 이해하지 못한 것이다(If you understand quantum mechanics, you don't understand quantum mechanics).'라는 말을 남겼다. 그만큼 양자역학은 우리의 직관이나 상식으로 완전히 이해하기 어려운 영역인 것이다(그러니 당장 이해 못 한다고 괴로워하지 말자).

생전 리처드 파인만의 모습 (출처: Medium)

그런데 이 '양자'에 컴퓨터가 붙는다. 즉, 양자컴퓨터란 양자역학의 원리를 이용해 정보를 처리하는 새로운 방식의 컴퓨터이다.

기본적으로 컴퓨터는 0 또는 1, 두 가지 상태만을 가지는 '비트(bit)'로 정보를 처리한다. 스위치의 on/off 버튼, 또는 Yes/No처럼 하나만 표현할 수 있다. 하지만 양자컴퓨터는 양자비트(Quantum Bit)에서 파생된 '큐비트(qubit)'라는 단위를 사용하는데, 큐비트는 0과 1의 상태를 동시에 가질 수 있다.

0과 1로 구성된 세계 (출처: CYBERONE)

0과 1의 상태를 동시에 가질 수 있는 이 현상은, 양자의 핵심 원리 중 하나인 '중첩 원리(Superposition ...