양자 컴퓨터(큐비트)는 기존 컴퓨터(비트)와 완전히 다른 작동방식과 다른 정보처리 단위를 갖습니다. 즉, 양자 컴퓨터의 큐비트가 가지고 있는 특징인 양자 중첩, 간섭, 얽힘의 3가지 특성으로 인해 기존 컴퓨터보다 빠른 처리 속도를 가지고 있습니다.
양자컴퓨터가 빠른 이유(기존 컴퓨터와 비교)
기존 컴퓨터는 0과 1이라는 두 개의 숫자만으로 모든 정보를 표현하는 이진법을 사용합니다. 마치 스위치의 On/Off의 개념이며, 반도체가 그 대표적인 예입니다. 반도체 안에는 나노 크기의 수십만 개에서 수억 개의 트랜지스터가 있으며, 이 트랜지스터는 결국 스위치처럼 전류를 보냈다 끊었다 하면서 표현을 하게 되죠. 이 과정에서 컴퓨터가 처리하는 데이터의 양을 비트라고 합니다.
예를 들면, 채팅창에 “안녕하세요”를 키보드를 치면 컴퓨터는 0010 0101 0111 0101 등의 아스키코드(American Standard for Information Intercharge)로 인식하는 개념이 기존 컴퓨터입니다. 즉, 기존 컴퓨터는 0과 1밖에 모르기 때문에 이진법으로 모든 정보처리를 하게 됩니다.
따라서 0과 1의 숫자가 많아지면 많아질수록 컴퓨터 속도가 당연히 느려지는 단순한 원리이며, 결국 조그만한 반도체 위해 누가누가 많은 트랜지스터를 실을 수 있는지 경쟁하는 시대가 왔죠.
하지만 양자컴퓨터는 양자역학의 원리를 가지고 있습니다. 빛과 물질을 구성하는 기본적인 입자들의 특성과 특이한 움직임을 설명하기 위한 미시적인 세계를 이론으로 풀어낸 것이 양자역학입니다.
이 양자역학의 원리는 입자들이 동시에 존재할 수 있으며, 두 개 이상의 입자가 서로 연결되어 하나의 시스템처럼 움직이는 특징이 있기 때문에 이 개념을 이용하여 양자 컴퓨터를 작동시킬 수 있습니다.
따라서 이러한 특징을 양자 중첩, 양자 간섭, 양자 얽힘으로 부르고 있으며, 양자 컴퓨터는 이 특징들을 이용하기 때문에 정보처리가 빠를 수 있습니다.
양자 중첩
동시에 0과 1이 존재할 수 있어서 동시에 정보처리가 가능하기 때문에 여러 값을 동시에 처리할 수 있는 특성입니다.
양자 간섭
양자 간섭은 하나의 시스템처럼 움직이는 특정 파동 패턴을 가지고 있기 때문에 그 특성을 이용하여 원하는 결과를 정교하게 조절하는 데 사용할 수 있습니다. 큐비트의 파동 패턴은 예상 가능하기 때문에 원하는 계산 결과를 만들어낼 수 있는 특징이 있죠.
양자 얽힘
양자 얽힘은 서로 연결되어 있는 것처럼 큐비트들이 서로 정보를 공유하는 특징이 있습니다. 큐비트들은 지구와 달처럼 서로 영향을 주고받기 때문에 빠른 처리속도를 가질 수 있는 것이죠. 즉, 여러 사람이 동시에 한 가지 작업을 하는 것과 같은 개념입니다.
이러한 특성이 양자 컴퓨터의 빠른 처리 속도를 만들어 줄 수 있습니다.
기존 컴퓨터와 양자 컴퓨터로 빠른 길 찾기를 시킨다면?
- 기존 컴퓨터는 수십만 가지의 경우의 수를 모두 계산을 하고 그중 가장 빠른 길을 알려줍니다.
- 양자 컴퓨터는 수십만 가지의 경우의 수를 동시에 계산을 하고 그중 가장 빠른 길을 알려줍니다.
이러한 양자 컴퓨터의 특징으로 인해 기존 컴퓨터보다 빠르게 처리할 수 있는 능력이 있는 것이죠
이와 같이 양자 컴퓨터가 빠른 속도를 자랑하지만 무조건 좋은 것만은 아닙니다. 목표가 정해져 있는 신약개발과 같은 분야에서 최적의 결과값을 만들어낼 때는 양자컴퓨터가 유리하지만 모든 경우의 수의 결과값을 비교하고 판단하기 위해서는 기존 컴퓨터가 유리하죠.
따라서 전문가들은 미래의 컴퓨터는 두 종류의 컴퓨터가 공존할 것으로 내다보고 있습니다. 다만 양자 컴퓨트는 이온을 제어한다거나 초전도체를 제어하는 기술이 필요하기 때문에 상용화에 대한 어려움을 극복해 나아가야 합니다.