구글, 양자 컴퓨팅 응용 개발 5단계 프레임워크 공개...실용화 로드맵 제시

[한국정보기술신문] 구글이 양자 컴퓨팅 기술의 실제 응용 개발을 위한 체계적인 프레임워크를 공개했다. 40년간의 연구와 투자가 결실을 맺으며 대규모 양자 컴퓨터 구축이 현실화되고 있는 가운데, 구글은 하드웨어 발전을 넘어 실제 활용 방안 마련에 본격 나섰다.

구글 연구팀은 최근 발표한 논문 '양자 응용의 거대한 도전'을 통해 아이디어에서 실제 배포까지의 과정을 5단계로 구분한 프레임워크를 제시했다. 이는 양자 컴퓨팅 커뮤니티가 현재 어느 단계에 있으며 앞으로 어떤 과제를 해결해야 하는지 명확히 보여주기 위한 것이다.

구글은 고성능 윌로우 칩을 앞세워 양자 하드웨어 분야를 선도하고 있으며, 다음 목표로 장수명 논리 큐비트 구현을 추진 중이다. 이를 통해 더욱 강력하고 안정적인 양자 컴퓨터 개발이 가능해질 전망이다. 구글과 양자 컴퓨팅 커뮤니티는 앞으로의 길에 극복할 수 없는 장애물은 없다는 확신을 키워가고 있다.

1단계는 발견 단계로, 사이먼 알고리즘이나 그로버 알고리즘 같은 새로운 추상적 양자 알고리즘이 발견되고 분석되는 단계다. 이론적으로는 기존 방식보다 빠르게 문제를 해결할 수 있지만 직접적인 실용성은 불확실한 경우가 많다.

2단계는 적절한 문제 사례 찾기 단계로, 양자 알고리즘이 모든 알려진 기존 방법보다 진정한 이점을 보이는 구체적이고 검증 가능한 문제 사례를 찾고 특성화하는 데 집중한다. 예를 들어 분자의 최저 에너지 상태를 찾는 추상적 문제의 경우, 양자 컴퓨터가 이점을 제공할 특정 분자를 식별해야 한다.

3단계는 실제 세계 이점 확립 단계다. 기존 방식보다 잘 해결할 수 있는 문제 사례를 특성화했다면, 이제 그 사례들이 특정 실제 사용 사례와 연결되는지 묻는 단계다. 양자 알고리즘 전문가는 배터리 화학 같은 응용 분야의 세부 사항을 잘 모르고, 배터리 엔지니어는 양자 알고리즘의 세부 사항을 모르는 지식 격차가 존재한다.

4단계는 사용을 위한 엔지니어링 단계로, 실제 세계 문제 사례에 대한 양자 이점이 확인되면 실제 계산 비용을 이해해야 한다. 얼마나 많은 큐비트와 게이트가 필요한지, 알고리즘 실행에 얼마나 시간이 걸릴지 등을 파악한다. 지난 10년간 4단계 연구를 통해 정수 인수분해나 분자 시뮬레이션 같은 문제 해결에 필요한 예상 자원이 여러 단계 감소했다.

5단계는 응용 배포 단계로, 검증된 양자 솔루션이 실제 업무 흐름에서 배포되고 사용되어 모든 기존 대안보다 이점을 제공하는 최종 단계다. 하드웨어 개발이 아직 초기 단계이기 때문에 실제 세계 중요 문제에서 결정적인 이점을 가진 종단간 양자 응용은 아직 하드웨어로 구현되지 않았다.

구글은 이번 프레임워크를 통해 커뮤니티가 새로운 알고리즘과 자원 추정에서 인상적인 진전을 이뤘지만, 적절한 문제 사례 식별과 실제 세계 이점 찾기에 실질적인 병목현상이 있음을 확인했다.

이에 대한 해결책으로 알고리즘 우선 접근법을 제시했다. 모호한 비즈니스 문제로 시작하는 대신, 알고리즘을 검증된 이점 수준으로 끌어올린 후 실제 세계 응용을 적극적으로 찾아야 한다는 것이다. 또한 양자와 특정 영역 언어를 모두 구사할 수 있는 융합 전문가와 팀 육성이 필요하며, 인공지능이 이러한 3단계 관련 격차를 해소하는 강력한 도구가 될 수 있다고 전망했다.

구글은 내결함성 양자 컴퓨터 구축이 하드웨어의 거대한 도전이라면, 이를 사용하는 것은 응용의 거대한 도전이라며, 이번 5단계 프레임워크가 커뮤니티에 우리가 가고 있는 길과 앞으로의 과제를 더 명확하게 볼 수 있는 방법을 제공한다고 밝혔다.