[투데이타임즈 기획연재] 최근 첨단 기술로 각광을 받고 있는 양자컴퓨팅 기술의 세계적인 권위자인 전경택 박사에게 우리가 새로운 기술시대를 위해 알아야 할 신비의 양자컴퓨팅 기술에 대한 기획연재를 요청했습니다. 그는 우리의 요청에 기꺼이 응했습니다. 이 기획연재는 5회에 걸쳐서 연재될 예정입니다.
<전경택 박사, 그는 우리나라에서 찾아보기 어려운 세계적인 양자컴퓨팅 기술 전문가이고, 현재 큐토모㈜의 대표로서, 양자컴퓨팅으로 CT영상 재건기술을 세계 최초로 개발하는 등 양자컴퓨팅 응용기술을 선도하고 있습니다.>
양자컴퓨팅의 세계적 권위자, 전경택 박사
이번 기획
시리즈를 통해 양자 기술의 정수를 소개할 전경택 박사는 양자컴퓨터 분야에서 세계적인 수준의 전문성을 인정받는 인물입니다. 그는 이미 2001년부터 미국 브룩헤이븐 국립연구소(Brookhaven National Laboratory)의 양자 컴퓨팅 개발 프로젝트에 참여했으며, 프린스턴 대학교, 컬럼비아 대학교 등 유수의 기관과 협력하며 슈퍼컴퓨터를
활용한 다학제적 연구를 수행해 왔습니다. 지금까지 총 17편의
양자 관련 논문 및 학술 발표를 진행했으며, 특히 최근에는 양자 공학 분야의 권위 있는 저널인 'IEEE Transactions on Quantum Engineering'에 양자 이득에 관한 논문을 2편 게재하는 등 독보적인 연구 성과를 이어가고 있다. 양자컴퓨팅을
이용한 CT영상 재건기술 등에 대해 국내외 특허도 다수 출원하였습니다.
그는 한국에서
양자컴퓨팅 기술을 소개하는 과정에서, 어떻게 해서라도 한국에서 양자컴퓨팅 기술에 대한 연구와 산업적
이용에 대해 기반을 닦으려고 여러 노력을 기울이고 전문가들과의 합리적인 협력으로 산업화를 열어가고 싶어합니다. 그러나
여러 학자들과의 관계에서 쉽지 않은 문제가 있어서 많은 어려움을 토로하고 있으며, 무엇보다도 상호 신뢰, 정부의 올바른 지원체계 등에서도 아쉬움이 많아서 매우 안타까워하고 있습니다.
오히려 외국의 주요 기관에서 강력한 협력을 요구하고 있어서 참기 어려운 시간들을 보내고 있습니다.
우리의 보배로 보이는 세계적인 양자컴퓨팅 전문가인 전경택 박사로부터 신비의 기술인 양자 컴퓨팅 기술에 대해 자세하게 알아보겠습니다.
디지털의 한계를 넘어, 새로운 계산 패러다임이 온다
오늘날 우리는
인공지능과 빅데이터가 지배하는 시대에 살고 있지만, 기존의 컴퓨터(고전
컴퓨터)로는 도저히 해결할 수 없는 ‘벽’에 직면해 있습니다. 분자 시뮬레이션, 복잡한 금융 최적화, 그리고 정밀한 의료영상 재건과 같은 문제들은
슈퍼컴퓨터를 수백 년 동안 돌려도 답을 찾기 어렵기 때문입니다. 이러한 한계를 돌파할 유일한 열쇠로
주목받는 것이 바로 양자컴퓨팅입니다.
단순한 ‘속도’의
차이가 아닌 ‘차원의 전환’
전경택 박사는
양자 알고리즘이 단순히 기존보다 "더 빠른 것"이
아니라고 강조합니다. 기존 알고리즘이 0과 1의 비트를 순차적으로 계산한다면, 양자 알고리즘은 큐비트(Qubit)의 “중첩(Superposition), 얽힘(Entanglement), 간섭(Interference)”이라는 물리적
특성을 이용합니다. 이는 정보를 표현하고 탐색하는 방식 자체가 완전히 다른, 새로운 수학적·물리적 계산 패러다임입니다.
기존
알고리즘과 양자 알고리즘의 차이:
양자 알고리즘과
기존 알고리즘의 차이는 단순히 “양자 알고리즘이 더 빠르다”가
아니라, 정보를 표현하고 탐색하는 방식 자체가 다르다는 데 있습니다.
기존 알고리즘은 0과 1로 이루어진 명확한 상태들을
순차적 또는 병렬적으로 계산하지만, 양자 알고리즘은 큐비트의 중첩, 얽힘, 간섭 중 전체 또는 일부를 이용해 새로운 방식으로 계산합니다. 특히, 최적화 분야에서는 기존 알고리즘은 국소 최소 값을 계산하는 반면 양자 알고리즘은 전역 최소 에너지를 계산하여
정답을 찾아 낼 수 있습니다.
양자
컴퓨팅의 중요성:
양자 컴퓨팅은
모든 문제를 빠르게 연산하기보다, 특정 구조를 가진 어려운 문제에 강점을 가질 수 있는 새로운 계산
패러다임입니다.
양자 컴퓨팅은
기존 연산을 단순히 더 빠르게 만드는 기술이 아니라, 분자 시뮬레이션,
최적화, 암호, 의료영상 재건처럼 기존 계산
방식으로는 한계가 있는 문제를 새로운 수학적·물리적 계산 원리로 접근하게 해주는 차세대 계산 패러다임입니다.
큐토모(QuTomo)가 증명한
‘양자 우위’와 ‘양자 이득’
전경택 박사가
운영하는 큐토모주식회사는 이론적인 ‘양자 우위(Supremacy)’를
넘어 실질적인 산업 활용을 의미하는 ‘양자 이득(Advantage)’을
실현하는 데 집중하고 있습니다. 큐토모의 기술력은 이미 세계를 놀라게 하고 있습니다.
- RSA 암호
해독: 2023년, 당시 세계 최고였던 중국의 기록을 완전히 넘어서며 현재까지 RSA
암호에 대한 양자 알고리즘 세계 기록을 보유하고 있습니다.
- 계산 속도의 혁명: 기존 방식으로 O(n3)의 시간이
걸리던 선형 시스템 계산을 O(log2n)
수준으로 단축했습니다. 이는 수백 년이 걸릴 계산을 단 수십 초 만에 양자
모델로 만들어 낼 수 있음을 의미합니다.
- 의료 기술의 혁신: 데이터가 10%뿐이거나 50%의 오류가 있는 열악한 환경에서도 정밀한 CT 이미지를
재건하는 기술을 개발하여, D-Wave에서 주관하는 세계적인 양자 최적화 학회인 'Qubits 26'에 초청 강연자로 나서기도 했습니다.
- 양자 토모그래피:
단층 촬영은 물체나 인체를 여러 방향에서 측정한 데이터를 이용해 내부 단면 영상을 수학적으로 복원하는 기술입니다. CT, MRI, PET 등이 대표적인 예이며, 본질적으로는 측정
데이터로부터 내부 구조를 추정하는 역문제이자 선형 시스템 또는 최적화 문제로 해석할 수 있습니다.
CT는 인체 내부 구조를 비침습적으로 빠르고 정밀하게 확인할 수 있는
핵심 의료영상 기술입니다. 또한 CT 재건은 측정된 투영
데이터로부터 내부 영상을 복원하는 대표적인 역문제이기 때문에, 응용수학, 최적화, 수치해석, 인공지능, 양자컴퓨팅 연구와도 깊게 연결됩니다.
양자 CT 이미지는 기존의 흐릿한 CT
이미지로부터 볼 수 없는 초기 암, 심혈관, 미세
조직 등을 선명하게 내부구조를 식별할 수 있게 해주는 핵심 기술로써, 의료 영상 분석, 개인 맞춤형 의료기기 자동화, 배터리 및 반도체 공정에서 품질검사에
혁신을 이끌 수 있습니다.
·
미국에서 주요 참가 프로젝트:
<핵 융합로 설계에 관한 슈퍼 컴퓨터 사용 프로젝트> The development of a suite of high performance computational
tools for multiscale multiphysics simulation of Generation IV Reactors
(2007~2009): Rensselaer Institute of Technology,
Columbia University, Brookhaven National Laboratory, Idaho National Laboratory,
Oak Ridge National Laboratory, Stony Brook University
<브룩헤이븐 국립연구소의
NSLS를 사용한 핵 폐기물에 대한 연구> Changes of Porosity,
Permeability and Mechanical Strength Induced by Carbon Dioxide Sequestration
(2009~2014): Princeton University, Brookhaven
National Laboratory, North Pacific National Laboratory, Stony Brook University
Quantum computing development (2001): Brookhaven National Laboratory, Stony Brook University,
SUNY-Farmingdale State College, Mathematical Sciences Research Institute,
앞으로의 여정: 양자 기술이 바꿀 우리의 미래
전경택 박사와
큐토모는 이제 양자 기술을 실생활에 접목하기 위한 구체적인 로드맵을 제시하고 있습니다. 이번 1회 기술 소개를 시작으로, 이어지는 기고문에서는 ▲양자 RSA 암호 기술 ▲양자
선형 시스템 ▲양자 토모그래피 ▲ 생체 검사를 대체할 양자
컴퓨팅 활용 계획까지, 우리 삶을 바꿀 양자 혁명의 현주소를 자세히 들여다볼 예정입니다.
양자라는
미시 세계의 법칙이 거대한 산업의 흐름을 어떻게 바꾸어 놓을지, 전경택 박사와 함께하는 이 놀라운 여정에
독자 여러분의 많은 관심을 바랍니다.
다음 회차 예고
[양자
시대의 개막 ②] 보안의 성벽 RSA, 양자 알고리즘으로
넘어서다.
){kind=small}
){kind=small}
){kind=small}
){kind=small}
