구글의 양자 컴퓨팅 칩 '윌로우(Willow)'는 기존 컴퓨터의 한계를 넘어선 연산 능력으로 주목받고 있다. 특히 윌로우의 성능은 전통적인 암호화 기술, 특히 RSA 암호화의 안전성에 심각한 도전장을 내밀고 있다.

이번 회에서는 윌로우가 암호화 기술에 미칠 영향을 분석하고, 양자 컴퓨팅 시대에 새로운 보안 패러다임이 요구되는 이유를 살펴본다. [편집자 주]

RSA 암호화의 위기: 양자 컴퓨팅의 강력한 도전

현재 인터넷 보안의 핵심 기술인 RSA(비대칭 키 암호화 알고리즘) 암호화는 소수의 곱을 기반으로 한 암호 체계다. 이 체계는 소인수분해의 난해함에 의존해 높은 안전성을 보장하지만, 양자 컴퓨터가 등장하면서 이 방어벽이 무너지기 시작했다.

1944년 피터 쇼어는 '쇼어 알고리즘'을 통해 양자 컴퓨터가 충분히 발전하면 RSA 암호화를 빠르게 해독할 수 있음을 이론적으로 증명했다. 윌로우와 같은 양자 컴퓨팅 칩이 점점 현실화되면서 RSA 암호화는 더 이상 난공불락이 아니다. 구글의 최신 연구 결과에 따르면, 충분한 큐비트를 갖춘 양자 컴퓨터는 기존 암호화 체계를 단 몇 시간 안에 무력화할 수 있다.

양자 내성 암호: 새로운 방패의 등장

이러한 위협에 대응하기 위해 '양자 내성 암호(Post-Quantum Cryptography, PQC)'가 개발되고 있다. PQC는 양자 컴퓨터가 RSA 암호를 무력화하더라도 안전성을 유지할 수 있는 새로운 알고리즘이다.

미국 국립표준기술연구소(NIST)는 2022년 양자 내성 암호의 표준화를 위한 4가지 알고리즘을 선정했으며, 이는 향후 인터넷 보안의 새로운 기준이 될 가능성이 높다. 구글 역시 윌로우를 활용한 보안 실험에서 PQC 알고리즘을 검증하며, 새로운 보안 체계를 구축하기 위한 연구를 이어가고 있다.

양자 오류 정정: 신뢰할 수 있는 컴퓨팅의 열쇠

랜덤 회로 샘플링(RCS) 실험에서 윌로우는 기존 슈퍼컴퓨터가 10해년(10septillion·10의 25제곱 년) 걸리는 계산을 단 5분 만에 완료하며 압도적인 성능을 입증했다.

양자 컴퓨터가 RSA 암호화를 위협하는 만큼, 자체적인 신뢰성과 안정성 확보도 중요한 과제로 남아 있다. 큐비트는 외부 환경에 민감해 오류가 발생하기 쉬운데, 구글의 윌로우는 양자 오류 정정(Quantum Error Correction, QEC) 기술을 통해 이 문제를 획기적으로 개선했다.

구글 퀀텀 AI 연구팀은 윌로우를 통해 큐비트를 3x3, 5x5, 7x7 배열로 확장하며 오류율을 단계적으로 줄이는 데 성공했다. 이는 "기준점 이하(below threshold)" 상태를 달성한 최초의 사례로, 양자 컴퓨팅의 상용화 가능성을 크게 높였다.

보안 기술의 패러다임 변화

암호화 기술의 변화는 단순히 기술적 도전 과제를 넘어, 사회 전반에 걸쳐 큰 영향을 미칠 것이다. 기존의 RSA와 같은 고전적 암호 체계가 무력화된다면, 금융, 의료, 국방 등 다양한 분야에서 새로운 보안 시스템을 빠르게 구축해야 한다.

이는 단순한 기술 혁신이 아니라 정책적, 윤리적 대응을 포함한 포괄적인 대응이 필요함을 의미한다.

양자 컴퓨팅 시대, 신뢰와 책임의 필요성

구글의 윌로우는 암호화 기술의 패러다임을 뒤흔드는 동시에, 기술 발전이 가져올 윤리적 책임과 사회적 영향을 진지하게 고민하게 만든다. 윌로우는 단순히 기존 체계를 무너뜨리는 도구가 아니라, 신뢰할 수 있는 컴퓨팅 환경을 제공하고, 새로운 보안 표준을 수립하는 데 기여할 것이다.

다음 회에서는 윌로우의 혁신적인 양자 이류 정정 기술과 이를 통해 이루어진 실질적인 성과를 자세히 다룬다. [윌로우, 양자 혁명의 시작(5)]에서 이어진다.