양자 컴퓨터 활용 분야 및 사례

양자 컴퓨터란 양자 역학의 주요 원리 및 양자 현상에 따라 구현되고 작동되는 새로운 개념의 컴퓨터로 정보처리에 있어서 슈퍼컴퓨터보다 월등히 앞서는 혁신적 기술입니다.  정보처리 단위로서 양자비트 (Qubit, 큐비트)를 사용하며 양자비트는 기존 컴퓨터에서는 구현 불가능한 상태인 "0"이면서 동시에 '1'도 될 수 있는 중첩 현상과 양자 상태에서 어떤 한 계의 상태가 측정을 통해 결정됨에 따라 그 계와 얽혀 있는 다른 계의 상태 또한 순간적으로 결정된다는 얽힘 현상 등을 기반으로 작동합니다. 따라서 기존의 컴퓨터는 특정 자료 입력에 대하여 유일한 값만을 산출하였다면 양자 컴퓨터의 경우는 양자비트가 적은 경우에도 많은 경우의 수를 동시 다발적으로 표현할 수 있을 뿐만 아니라, 큐비트의 비 결론적 특성을 이용하여 여러 결과를 동시에 생성할 수 있다는 장점을 지니고 있습니다. 

 

이처럼 양자 컴퓨터는 현재 사용 중인 기존의 컴퓨터에 비하여 월등한 연산 속도를 바탕으로 기존의 산업에 엄청난 영향을 미칠 것으로 예상하고 있습니다. 한 에로서, 사이버 보안 회사인 딥와치의 제품 미 전략 부사장은 "오늘날의 유비쿼터스 RSA 암호화 알고리즘의 경우에 기존 컴퓨터는 2,048비트 디지털 키로 보호되는 통신을 중단하는 데 약 300조 년이 걸리지만 4,099 양자 비트로 구동되는 양자 컴퓨터는 10초면 충분하다"라고 말하기도 했습니다. 

 

아래는 양자 컴퓨터를 통해  어떠한 산업 분야에 적용 될 수 있는지를 몇 가지 사례를 통해서 정리하였습니다.

분야	응용 예	사례
금융	- 포트폴리오 최적화 - 리스크 관리 - 옵션 가격 결정	- 2016년, D-Wave system와 1QBit가 "Quantum for Guants" 설립
물류	- 비행기, 선박, 트럭 등의 물류 최적화	- PLC와 Manchester Met. 대학의 물류 알고리즘 공동 개발
화학	- 분자 설계 최적화 - 화학 반응의 양자 역학적 시뮬레이션 - 전자와 촉매의 최적화	- IonQ의 화학 시뮬레이션 SW개발 - MS의 기초 연구 - ETH, Harvard대학 등의 연구 등
제약	- 단백질의 3차원 구조 최적화/분석(알츠하이머병 등 특효약 개발)	- Standford 대학의 "Folding@home" 프로젝트  - Harvard 대학/D-Wave Systems의 단백질 분석 실험
의료	- 암치료용 약물 발견/ 최적복용량 산출 - 개인 맞춤형 의료의 고속화	- Standford대학, Texas대학에서 연구
자동차	- 도시 교통 서비스 최적화	- Volkswagen과 Google의 공동개발 - Volkswagen의 주문형 이동 서비스를 위한 알고리즘 개발
IT	- 머신 러닝을 위한 고속 클러스터링 - 이미지 인식 고속 학습	- Google/D-Wave Systems의 이미지 인식 정확도 향상 - (중) USTC, NMR 기술 이용 4큐비트 양자 프로세서 개발
항공우주	- 유체 역학적으로 최적화된 기체 설계 - 비행 제어 시스템의 버그잡기 최적화	- NASA의 비행체 날개 설계 최적화 - Lockheed Martin과 Airbus의 제어 시스템 버그 탐색 SW개발 (6개월  - > 6주)

(Mamasayuki Minato, GREE ventures, 2018.1.), IITP(2018.2)에서 재인용