양자컴퓨팅, 슈퍼컴 대체 아닌 ‘가속기’로… 하이브리드 실전 실험 확대

양자컴퓨팅이 기존 슈퍼컴퓨터를 대체하는 기술이 아니라, 특정 문제 해결에 특화된 ‘보완재’로 빠르게 자리 잡고 있다. 최적화와 머신러닝, 복잡한 시뮬레이션 같은 분야에서 이론 검증을 넘어 실제 활용 실험이 본격화하는 분위기다.

세계 양자의 날을 맞아 연구기관들은 양자컴퓨팅이 실험실 중심의 기술에서 현실 문제를 다루는 단계로 옮겨가고 있다고 강조했다. 호주 퍼스의 포시 슈퍼컴퓨팅 연구센터는 ‘세토닉스-Q(Setonix-Q)’ 프로젝트를 통해 기존 고성능컴퓨팅(HPC) 환경에 양자 시스템을 통합하는 작업을 진행 중이다. 핵심은 양자컴퓨터를 범용 대체재로 보는 대신, 특정 연산에서 성능을 끌어올리는 ‘전용 가속기’로 활용하는 데 있다.

포시의 양자 슈퍼컴퓨팅 연구 책임자인 파스칼 엘라히는 HPE 세계 양자의 날 행사 인터뷰에서 “양자컴퓨터는 최적화 문제처럼 특정 유형의 문제를 푸는 데 매우 유용하다”고 말했다. 다만 대부분의 작업에서는 여전히 기존 컴퓨팅 시스템이 필수적이라고 설명했다.

세토닉스-Q, 양자와 고성능컴퓨팅 결합 실험

이 같은 ‘하이브리드 모델’은 포시의 전략 중심에 있다. 휴렛팩커드엔터프라이즈가 구축한 세토닉스는 남반구에서 가장 강력한 연구용 슈퍼컴퓨터 가운데 하나로 꼽히며, 에너지 효율성도 높은 편이다. 세토닉스-Q는 여기에 양자 하드웨어와 시뮬레이션 도구, 전문 인력을 결합해 호주 연구자들이 어떤 문제 구간에서 양자 가속이 효과적인지 시험할 수 있도록 지원한다.

엘라히에 따르면 양자컴퓨팅은 정보를 표현하고 처리하는 방식부터 기존 컴퓨팅과 다르다. 전통적 컴퓨터가 0과 1의 이진 체계를 바탕으로 순차 또는 병렬 연산을 수행한다면, 양자컴퓨터는 여러 상태를 동시에 가질 수 있는 큐비트를 활용한다. 여기에 큐비트 간 상호 연결 상태인 ‘얽힘’이 더해지면, 일부 문제에서 매우 넓은 해답 공간을 훨씬 효율적으로 탐색할 수 있다.

예를 들어 배송 경로 최적화나 항공기 엔진 블레이드 설계처럼 가능한 경우의 수가 수백 개 이상으로 늘어나는 문제는 기존 컴퓨터로는 긴 시간이 걸릴 수 있다. 반면 양자컴퓨팅은 다수의 해를 동시에 검토할 가능성을 제공해 계산 시간을 크게 줄일 여지가 있다. 다만 이런 장점이 모든 분야에 적용되는 것은 아니며, 고전적 시스템으로 처리하기 어렵거나 비효율적인 문제에서만 강점을 보인다는 점이 강조된다.

접근성 확대와 오류 보정이 관건

포시는 양자컴퓨팅의 활용 저변을 넓히는 데도 초점을 맞추고 있다. 현재 양자 하드웨어는 가격이 비싸고 수량도 제한적이며, 관련 전문성도 일부 연구자에게 집중돼 있다. 세토닉스-Q는 호주 전역 연구자들에게 인프라와 도구, 기술 지원을 제공해 양자 기술 접근을 ‘민주화’하는 것을 목표로 한다.

엘라히는 “양자컴퓨팅 연구자뿐 아니라 실제 문제를 풀고 싶은 사람들에게도 접근성을 넓히고 싶다”고 말했다. 이는 양자 기술이 특정 학문 분야의 전유물에서 벗어나 산업과 응용 연구로 확장되는 흐름과 맞닿아 있다.

동시에 해결해야 할 과제는 ‘오류’다. 큐비트는 외부 환경에 민감해 잡음으로 인한 계산 오류가 잦다. 포시는 기존 슈퍼컴퓨터를 활용해 오류 보정 기술을 개발하고 있으며, 퀀텀 브릴리언스와 협력해 고전 연산과 양자 연산을 자연스럽게 연결하는 하이브리드 워크플로 구축도 추진하고 있다.

단일 승자보다 다중 아키텍처 시대 전망

퀀텀 브릴리언스의 다이아몬드 기반 양자 시스템은 초저온 냉각이 필요한 다른 방식과 달리 상온에서 작동할 수 있는 것이 특징이다. 현재 양자컴퓨팅 분야에서는 서로 강점과 약점이 다른 여러 아키텍처가 경쟁하고 있으며, 업계가 하나의 표준 구조로 수렴할 가능성은 낮다는 분석도 나온다.

엘라히는 향후 컴퓨팅 환경이 CPU와 GPU, 각종 가속기가 공존하듯 다양한 ‘양자 가속기’가 함께 쓰이는 형태가 될 것으로 봤다. 이는 양자컴퓨팅이 독립적인 단일 플랫폼이라기보다, 기존 컴퓨팅 스택 위에 추가되는 새로운 연산 계층으로 자리 잡을 수 있음을 시사한다.

결국 시장의 관심은 ‘언제 대중화되느냐’보다 ‘어떤 문제에서 먼저 실효성을 입증하느냐’로 옮겨가고 있다. 하드웨어 성능이 개선되고 오류가 줄어들수록 양자컴퓨팅의 실제 배치 사례는 더 늘어날 가능성이 크다. 과학과 산업이 다룰 수 있는 문제의 범위를 넓히는 새로운 도구로서, 양자컴퓨팅의 실전 전환은 이제 시작 단계에 들어섰다.