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양자컴퓨터는 원자나 빛 같은 아주 작은 것들을 이용해 계산하는 새로운 종류의 컴퓨터입니다. 아직 완벽하지 않지만, 기존 컴퓨터와 함께 사용하면 암 치료제 개발이나 유전병 연구 같은 의료 문제를 푸는 데 도움이 될 수 있습니다. 영국에서 열린 ‘Q4Bio’라는 대회에서 6개 팀이 양자컴퓨터로 실제 의료 문제를 해결할 수 있는지 겨루고 있으며, 최대 500만 달러(약 75억 원)의 상금이 걸려 있습니다. 아직 양자컴퓨터만으로는 오류가 많고 성능이 부족하지만, 기존 컴퓨터와 역할을 나눠서 각각 잘하는 부분을 맡기는 방식으로 한계를 극복하고 있습니다.
왜 중요한가요?
양자컴퓨터가 의료 분야에 실제로 쓰일 수 있다면, 지금까지 치료법을 찾지 못했던 암이나 유전병 같은 질환의 신약 개발이 훨씬 빨라질 수 있어 우리 모두의 건강과 직결됩니다.
주요 용어 설명
큐비트 (Qubit)
일반 컴퓨터는 0 또는 1 하나만 저장하는 ‘비트’를 사용하지만, 양자컴퓨터는 0과 1을 동시에 나타낼 수 있는 ‘큐비트’를 씁니다. 마치 동전이 앞면과 뒷면 중 하나가 아니라 공중에서 빙글빙글 돌면서 둘 다인 상태와 비슷합니다. 이 덕분에 훨씬 많은 경우의 수를 한꺼번에 계산할 수 있습니다.
양자-고전 하이브리드 (Quantum-Classical Hybrid)
양자컴퓨터와 기존 컴퓨터를 함께 사용하는 방식입니다. 양자컴퓨터는 아직 혼자서 모든 계산을 하기 어려우므로, 어려운 핵심 계산만 양자컴퓨터가 맡고 나머지는 기존 컴퓨터가 처리합니다. 팀 프로젝트에서 각자 잘하는 부분을 나눠서 하는 것과 비슷한 원리입니다.
양자 시뮬레이션 (Quantum Simulation)
실제 실험을 하지 않고 양자컴퓨터 안에서 분자나 약물의 움직임을 가상으로 재현하는 기술입니다. 예를 들어 신약 후보 물질이 몸속에서 어떻게 작용할지를 컴퓨터로 미리 시험해 볼 수 있습니다. 기존 컴퓨터로는 분자가 복잡해질수록 계산이 불가능해지지만 양자 시뮬레이션은 이를 해결할 가능성이 있습니다.
초전도 양자컴퓨터 (Superconducting Quantum Computer)
극저온으로 냉각한 특수 금속 회로를 이용해 큐비트를 만드는 양자컴퓨터입니다. 금속이 매우 차가워지면 전기 저항이 사라지는 ‘초전도’ 현상을 이용하는데, IBM 등 대형 기업들이 주로 이 방식을 개발하고 있습니다. 냉장고보다 수만 배 추운 환경이 필요해서 운영이 까다롭습니다.
계산 유전체학 (Computational Genomics)
컴퓨터를 이용해 DNA와 유전자 정보를 분석하는 학문입니다. 사람의 유전자 데이터는 엄청나게 방대해서 일일이 사람이 분석할 수 없으므로, 컴퓨터가 패턴을 찾아 질병의 원인이나 치료 단서를 발견합니다. 양자컴퓨터를 활용하면 기존보다 더 크고 복잡한 유전자 데이터도 효과적으로 분석할 수 있을 것으로 기대됩니다.
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옥스퍼드 외곽에 자리한 영국 국립 양자컴퓨팅 센터(National Quantum Computing Centre) 실험실. 필자는 원자와 빛으로 작동하는 양자컴퓨터 앞에 서 있다. 실험대 위에는 거울과 렌즈가 촘촘히 배치돼 있고, 그 중심에는 루빅스 큐브 크기의 작은 셀이 놓여 있다. 셀 안에서는 100개의 세슘 원자가 정교하게 제어된 레이저 빔에 의해 격자 형태로 떠 있다.
장치는 놀라울 만큼 작다. 손에 들고 실험실을 나와 차 뒷좌석에 실을 수도 있을 정도다. 물론 실제로 그렇게 하기는 어렵다. 작지만 강력하고 그만큼 가치가 크기 때문이다. 이 장비를 개발한 미국 콜로라도에 본사를 둔 양자컴퓨팅 기업 인플렉션(Infleqtion)은 3월 말 미국 캘리포니아 마리나 델 레이에서 열리는 행사에서 이 기술로 500만 달러(약 75억 원) 상금에 도전한다.
인플렉션은 ‘퀀텀 포 바이오(Q4Bio)’라는 30개월짜리 양자컴퓨팅 경쟁 프로그램의 최종 단계에 오른 여섯 개 팀 가운데 하나다. 비영리 기관 웰컴 리프(Welcome Leap)가 주관하는 이 프로그램은 오류가 잦은 초기 단계의 양자컴퓨터가 실제로 인간 건강에 기여할 수 있는지를 검증하는 데 목적이 있다. 만약 성과를 입증할 수 있다면 양자컴퓨터의 실질적 가치를 보여주는 중요한 전환점이 될 수 있다.
다만 현재로서는 그 가능성이 고전 컴퓨터와의 결합에 달려 있는 것으로 보인다. 양자컴퓨터만으로는 한계가 분명하지만, 기존 컴퓨터와 함께 작동하는 ‘양자-고전 하이브리드’ 전략을 활용하면 기존 방식으로는 풀기 어려운 문제를 넘어설 수 있다.
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