최근 양자컴퓨터의 실용화 가능성을 놓고 설왕설래가 이어지는 가운데 미국 연구팀이 56큐비트 양자컴퓨터에서 '무작위성'을 입증하는 데 성공했다. 양자컴퓨터의 무작위성을 수학적으로 계산해 입증한 것은 처음인데, 양자컴퓨터 실용화에서 주요 이정표를 세웠다는 평가가 나온다.

양자컴퓨터 기업 퀀티넘과 글로벌 투자사 JP모건체이스, 시카고대와 오스틴 텍사스대, 아르곤국립연구소 등으로 구성된 미국 산학연 다학제 공동연구팀은 26일(현지시간) 이 같은 연구 결과를 '네이처'에 발표했다.

양자컴퓨터의 기본 정보 단위인 큐비트는 00·01·10·11을 동시에 표현할 수 있다. 양자중첩이라는 특성 때문이다. 큐비트가 56개인 양자컴퓨터라면 기존 슈퍼컴퓨터가 1000년이 걸려 푸는 문제를 4분 만에 풀 수 있다.

문제는 큐비트가 늘수록 복잡성도 증가한다는 것이다. 양자컴퓨터는 계산한 뒤 측정하면 아무런 규칙이 없는 무작위성을 보인다. 이 무작위성이 실제 양자컴퓨터 작동에 따른 무작위성인지 입증하는 것이 과학계 난제였는데 연구팀은 이를 입증했다. 56큐비트 양자컴퓨터가 보이는 무작위성이 실제 양자컴퓨터가 작동해 나온 무작위성임을 밝힌 것이다. 연구팀은 슈퍼컴퓨터를 사용해 양자컴퓨터에서 생성된 난수가 실제 무작위적이며 새로 생성됐음을 증명했다.

연구팀은 "고전의 슈퍼컴퓨터만으로는 진정한 난수를 생성할 수 없다"며 "이번 연구 결과로 양자컴퓨터의 무작위성이 진짜임을 수학적으로 인증해 실제 작업에 양자컴퓨터를 사용할 수 있는 길을 열었다"고 설명했다.

무작위성은 양자컴퓨터를 활용한 암호 시스템 구축 등에 필수다. 양자 과학기술계 전문가로 평가받는 스콧 에런슨 미국 오스틴 텍사스대 교수도 이번 연구에 참여했다.

에런슨 교수와 미국 매사추세츠공대(MIT)에서 함께 수학한 국내 양자컴퓨터 개발업체 SDT의 윤지원 대표는 "무작위성을 입증한 것은 양자컴퓨터를 암호 등 분야에도 활용하도록 범위를 넓혔다는 데 의미가 있다"고 의의를 평가했다.



무작위성

양자컴퓨팅 기술로 생성된 무작위성이 실제 무작위성을 띠는지 수학적으로 증명하는 기술. 예측할 수 없다는 의미의 무작위성은 암호화, 금융, 시뮬레이션 등 보안과 신뢰성이 중요한 분야에서 핵심 기능을 하며 양자컴퓨터의 신뢰성을 판단하는 척도다.

[고재원 기자]