양자컴퓨터가 고전 컴퓨터를 ‘초월한다’는 것은 무엇을 의미할까?

양자컴퓨터가 고전 컴퓨터를 ‘초월한다’는 것은 무엇을 의미할까?

 

양자컴퓨터가 우리의 미래를 바꾸는 날은 사실 이미 코앞까지 다가와 있다.
그렇기 때문에 지금 이 시점에서 양자컴퓨터를 이해하는 것은 매우 큰 의미를 가진다. 이는 단순한 전문 기술이 아니라, 앞으로의 세계를 이해하고 그 안에서 자신이 어떤 입장으로 어떻게 관여할 것인지를 생각하기 위한 ‘새로운 교양’이기 때문이다.

『교양으로서의 양자컴퓨터』에서는 최전선에서 연구를 이끌고 있는 오사카대학 교수 후지이 케이스케(藤井啓祐) 씨가 물리학, 정보과학, 비즈니스의 관점에서 양자컴퓨터를 쉽고도 흥미롭게 설명하고 있다. 이번에는 그중에서도 ‘양자 초월’에 대해 해설하고자 한다.

 

● 양자컴퓨터가 슈퍼컴퓨터를 넘었다!?

 

구글이 발표한 ‘양자 초월’은 양자컴퓨터 업계를 넘어 과학기술계 전반에서 큰 화제가 되었다.
그러나 다소 자극적인 “200초 대 1만 년”이라는 결과만이 독자적으로 퍼지면서, 이 위업이 지닌 진정한 의미는 충분히 이해되지 못한 듯하다.

여러 학술지에 실린 특집 기사 가운데에는 “자연계에는 시뮬레이션이 어려운 현상이 얼마든지 있다. 된장국 속 된장의 흐름조차 슈퍼컴퓨터로 시뮬레이션하기는 어렵다.”라며 비꼬는 내용의 기사도 있었는데, 이로 인해 논점이 흐려졌던 기억이 난다.

 

● 애초에 ‘초월한다’는 것은 무엇인가

 

여기서 구글의 양자 초월이 지니는 의미를 정리해 보자.

고전 컴퓨터를 초월한다는 것은 다음 조건을 만족하는 것을 말한다.

프로그램 가능한 기계를 사용하여

수학적으로 명확하게 정의된 문제(반드시 실용적이거나 유용할 필요는 없음)를

기존의 슈퍼컴퓨터보다 더 빠르게 해결할 수 있는 것

물론 양자컴퓨터를 들먹이지 않더라도, 고전 컴퓨터로 시뮬레이션하기 어려운 대상은 얼마든지 있다.

예를 들어, 컵 한 잔의 물의 움직임을 고전 컴퓨터로 시뮬레이션하는 일은 사실상 매우 어렵다.

 

그렇다면 이것을 ‘물에 의한 양자 초월’이라고 할 수 있을까?

안타깝게도 물의 경우에는 조건 1과 2를 충족하지 못한다.
무엇을 어떻게 프로그램하면 수학적으로 명확하게 정의된 문제를 풀 수 있는지 알 수 없기 때문이다.

 

그렇다면 인간의 뇌는 어떨까?

뇌의 경우에는 문제를 프로그램으로 기술할 수 있으므로 조건 1은 충족된다.
그러나 조건 2에 대해서는, 뇌의 출력 결과를 완전히 설명할 수 있는 수학적 모델이 아직 체계화되어 있지 않다.

즉, 컴퓨터로서 무엇을 출력하면 ‘정답’이라고 할 수 있는지가 명확하지 않다.
따라서 이것 역시 초월이라고 부를 수는 없다.

 

 

● 무엇이든 초월이 되어버리는 위험

 

양자컴퓨터는 어떤 양자 게이트를 적용할 것인지를 사용자가 자유롭게 선택해 프로그램할 수 있다.

그리고 선택된 양자 게이트를 적용했을 때, 어떤 비트열이 어떤 확률로 측정되는지를 벡터와 행렬이라는 명확한 수학적 언어로 예측할 수 있다.

이때 수학적으로 예측되는 “높은 확률로 출현하는 비트열을 찾아라.”라는 명확하게 정의된 문제를, 양자컴퓨터 또는 슈퍼컴퓨터를 이용한 최선의 접근 방식으로 풀었을 때의 성능을 비교하는 것이 바로 양자 초월의 문제 설정이다.

내가 아는 한, 이 모든 조건을 충족할 가능성이 있는 것은 양자컴퓨터 외에는 존재하지 않는다.

이 점을 간과하면, 물에 의한 초월, 뇌에 의한 초월 등 무엇이든 다 ‘초월’이 되어버리고 만다.

 

※ 본 글은 『교양으로서의 양자컴퓨터』의 일부를 발췌·편집한 것입니다.

후지이 케이스케 (藤井啓祐)

 

* 자료출처=다이아몬드 온라인

* 글=후지이 케이스케 (藤井啓祐)

* 일본어원문=【量子超越の謎】量子コンピュ?タが古典コンピュ?タを「超越」するってどういうこ と？

* 출처=https://diamond.jp› ... ›

1/27(화) 6:30 배포