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2025-04-03 (목)

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[신소재 신기술(165)] '불가능한 재료의 융합'⋯양자컴퓨팅 문 여는 인공 구조체 탄생

국제 공동연구진이 기존 과학 이론으로는 공존하기 어려웠던 두 가지 물질을 원자 단위에서 결합해, 새로운 양자 인공 구조체를 구현하는 데 성공했다. 이 연구는 향후 양자컴퓨팅과 차세대 센서 기술에 중요한 기반이 될 수 있다는 평가를 받고 있다. 미국 러트거스대학교 뉴브런즈윅 캠퍼스 물리천문학과 자크 차칼리안(Prof. Jak Chakhalian) 교수 연구팀이 주도한 이번 연구 결과는 세계적 과학 저널 나노 레터스(Nano Letters)에 표지 논문으로 게재됐다고 웹사이트 PHYS.org가 1일(현지시간) 보도했다.. 연구진은 약 4년에 걸친 실험을 통해 원자 단위에서 '디스프로슘 타이타네이트(dysprosium titanate)'와 '피로클로르 이리데이트(pyrochlore iridate)'라는 두 인공 물질을 결합한 초미세 '양자 샌드위치 구조'를 개발했다. 이 두 물질은 각각 특이한 전자기 및 양자역학적 성질로 인해 기존에는 서로 결합이 불가능한 것으로 여겨졌다. 한쪽 층을 이루는 디스프로슘 타이타네이트는 일명 '스핀 아이스(spin ice)'라고 불리는 물질로, 내부 스핀 배열이 물의 얼음 구조를 닮았다. 이 구조는 자연계에서는 존재하지 않는 것으로 알려진 '자기 단극자(magnetic monopole)'를 유사 입자로 출현시킬 수 있다. 자기 단극자는 1931년 노벨물리학상 수상자인 폴 디랙이 예언했으나 자유 상태에서는 존재가 확인되지 않았다. 다른 쪽 층은 피로클로르 이리데이트라는 자성 준금속으로, 생다론적 입자인 '와일 페르미온(Weyl fermion)'을 포함하고 있다. 와일 페르미온은 1929년 헤르만 와일이 처음 제안했으며, 2015년에야 결정 구조 내에서 실험적으로 확인된 바 있다. 빛처럼 빠르게 움직이며 좌·우 회전을 구분할 수 있는 이 입자는 외부 잡음이나 불순물에 강한 전자적 안정성을 갖는다. 이처럼 각기 다른 특성을 지닌 두 물질을 원자 수준에서 안정적으로 접합한 것은 기존의 재료과학이 풀지 못한 난제를 해결한 것으로 평가된다. 차칼리안 교수는 "이번 연구는 인공 양자 물질 설계의 새로운 지평을 열었으며, 이전에는 상상할 수 없었던 방식으로 양자 기술의 본질을 탐구할 수 있게 됐다"고 밝혔다. 실험을 위한 결정적 전환점은 연구팀이 자체 제작한 '양자현상 탐색 플랫폼(Q-DiP, Quantum phenomena Discovery Platform)'이라는 장비였다. 이 장치는 적외선 레이저 가열기와 정밀 레이저 빔 조합을 통해 초정밀 원자층 증착이 가능하며, 절대온도에 가까운 극저온에서도 물질의 양자 상태를 탐색할 수 있도록 설계됐다. 현재 이 장비는 미국 내 유일한 장비로, 실험 장비 자체로도 과학적 성과로 평가받는다. 이 연구에는 박사과정의 마이클 테릴리(Michael Terilli), 우총치(Tsung-Chi Wu), 학부생 시절부터 참여한 도로시 도티(Dorothy Doughty), 재료과학자 미하일 카리예프(Mikhail Kareev) 등이 핵심 기여자로 참여했다. 이번에 개발된 양자 구조체는 향후 양자컴퓨팅의 핵심 구성 요소로 활용될 가능성이 크다. 특히 특정 양자 상태를 안정적으로 유지하는 데 필요한 전자 및 자기적 특성이 우수하다는 점에서, 차세대 양자센서와 스핀트로닉스(spintronics) 장치 개발에 직접적인 응용이 가능하다. 양자컴퓨팅은 정보를 처리하는 데 있어 기존 컴퓨터의 이진 논리를 뛰어넘는 '중첩(superposition)' 상태를 활용한다. 이는 한 번에 여러 연산을 동시에 수행할 수 있게 해 신약 개발, 금융 알고리즘, 인공지능(AI) 처리 등 다양한 분야에서 혁신적인 성과를 기대하게 한다. 차칼리안 교수는 "이번 연구는 단순한 물질 합성의 진보를 넘어, 양자 기술을 위한 물질 설계의 새로운 시대를 여는 첫걸음"이라며 "향후 양자 센서 기술을 포함한 응용과학 분야에 중대한 영향을 미칠 것"이라고 강조했다.
- IT/바이오
2025-04-03 09:53:00
아마존, 자체 개발 첫 양자컴 칩 '오셀롯' 공개⋯구글·MS 이어 경쟁 가속화

세계 최대 전자상거래 업체 아마존이 자체 개발한 양자컴퓨팅 칩을 27일(현지시간) 공개했다. 로이터통신 등 외신들에 따르면 아마존은 이날 '오셀롯(Ocelot)'이라는 이름의 첫 양자컴퓨팅 칩을 선보이며 "효율적인 대규모 시스템 구축을 향한 발걸음을 내디뎠다"고 밝혔다. 클라우드 서비스 1위 업체인 아마존의 이번 칩 발표는 클라우드 경쟁 업체인 구글과 마이크로소프트(MS)가 자체 칩을 잇달아 발표한 가운데 나왔다. 구글은 앞서 지난해 12월 양자 칩 '윌로우(Willow)'를, MS는 지난 19일 모양이 변해도 본질이 변하지 않는 '위상초전도체'를 사용한 '마요라나(Majorana) 1'을 발표했다. 아마존이 이에 가세하면서 양자컴퓨터 개발을 향한 대형 기술 기업 간 경쟁이 가속할 전망이다. 아마존 클라우드 서비스(AWS)의 양자 하드웨어 책임자인 오스카 페인터는 "5년 전에는 '양자컴퓨터를 만들 수 있을 것 같다'였지만, 오늘은 '우리는 양자컴퓨터를 만들 것이다'라고 확신을 갖고 있다"고 말했다. 전기적 진동을 만드는 장치인 '오실레이터(oscillator)'에서 따온 오셀롯은 오스카 페인터가 교수로 있는 캘리포니아 공대 연구팀에 의해 개발됐다. 양자컴퓨터는 0 또는 1의 '비트'로 정보를 처리하는 일반 컴퓨터와 달리 0과 1이 동시에 존재하는 중첩, 얽힘 상태인 '큐비트'를 활용한다. 이를 통해 기존 컴퓨터보다 훨씬 더 많은 계산을 빠르게 처리할 수 있다. 다만 큐비트는 미세한 온도 변화나 진동, 전자기 간섭 등이 계산 과정에 오류를 초래할 수 있다는 단점 때문에 상용화까지는 수십 년이 걸릴 것으로 전망됐다. 아마존의 오셀롯은 고양이가 한 번에 두 개 상태에 있을 수 있다고 가정한 '슈뢰딩거 고양이' 실험의 이름을 딴 '캣 큐비트'(cat qubit)를 기반으로 한다. 이 실험은 상자 안에 갇힌 고양이가 방사성 물질 붕괴에 따라 상자를 열어 확인할 때까지 '죽은 상태'와 '살아있는 상태'를 동시에 가지게 된다는 것이다. 이를 이용해 일반적인 큐비트는 0과 1 두 가지 중 하나를 가질 수 있지만, 캣 큐비트는 0과 1을 동시에 가질 수 있고 중첩된 상태로 존재한다. 오셀롯 칩 1개에는 데이터를 저장하는 5개 큐비트와 이를 안정화하는 회로, 데이터 큐비트의 오류를 감지하는 4개의 추가 큐비트로 구성된다. 칩 하나에 큐비트가 100만개 이상 탑재되는 시기를 '양자컴 상용화' 시작으로 보는데, 구글 윌로우는 105개, MS의 마요라나 1은 8개의 큐비트가 탑재돼 있다. 아마존은 오셀롯의 아키텍처가 양자컴퓨터와 관련된 부품 제작 비용을 90%까지 절감할 수 있는 잠재력을 가지고 있다고 기대했다. 오스카 페인터는 "실용적인 양자컴퓨터는 10년에서 20년 이내에 등장할 것으로 예상한다"며 "10년이라는 예상은 다소 공격적인 전망"이라고 덧붙였다.
- IT/바이오
2025-02-28 06:51:00
MS, 구글 이어 첫 양자컴퓨팅 칩 공개⋯수년내 AI 학습속도 100배

양자 컴퓨팅을 둘러싼 경쟁이 가속하는 가운데 구글에 이어 마이크로소프트(MS)가 자체 개발한 양자 컴퓨팅 칩을 공개했다. 온도·자기장 등 외부 환경 변화에 극히 민감해 오류가 잦고 보정이 어려웠던 기존 칩의 치명적 단점을 해결해 양자컴 시대를 앞당길 수 있게 됐다는 것이다. CNBC 등 외신들에 따르면 MS는 19일(현지시간) "세계 최초로 '위상(位相) 초전도체'를 사용한 양자 칩 '마요라나 1'을 개발했다"며 "반도체 발명이 오늘날의 스마트폰, 컴퓨터, 전자 제품을 가능하게 한 것처럼 이번 개발로 양자컴 시대가 몇 년 안에 실현될 수 있을 것"이라고 밝혔다. MS는 양자컴 연산의 기본 단위이자 성능 기준으로 꼽히는 '큐비트' 수를 향후 100만개로 확장할 수 있게 됐다고 설명했다. 현재 IBM과 구글의 양자컴이 1000큐비트급인 점을 감안하면 이보다 1000배에 달하는 규모를 구현할 수 있다고 공언한 것이다. 체탄 나약 MS 퀀텀 하드웨어 부사장은 "큐비트 100만개는 양자컴이 산업에 실질적 변화를 가져오기 위한 필수 임계치"라고 언급했다. 큐비트가 100만개 이상 탑재되는 시기를 '양자컴 상용화'가 시작되는 때로 본다는 것이다. MS가 자체 개발했다고 공개한 양자컴 칩 '마요라나1'에는 큐비트 8개가 탑재됐다. 이번에 MS는 큐비트를 100만개 이상으로도 확장할 수 있도록 양자 칩을 설계했다고 설명했다. 이번 양자 칩의 핵심인 '위상 초전도체'는 인듐 비소와 알루미늄 등으로 구현했다. 이를 통해 양자 정보의 손상을 막고 오류 파악과 수정도 디지털로 자동 제어할 수 있게 됐다. 마요라나 입자는 이탈리아의 물리학자 마요라나가 1937년 이론적으로 예측한 입자로, 발표 이후 실용적인 양자 컴퓨터 기술로 활용된 것은 이번이 처음이다. 이처럼 슈퍼컴퓨터를 월등히 초월하는 양자컴이 상용화되면 인공지능(AI) 분야에서도 근본적 혁신이 가능하다는 분석이 나온다. 막대한 양의 데이터를 학습한 뒤 이를 토대로 연산과 추론을 하는 AI에 양자컴 기술이 접목되면 소비 전력을 비롯해 비용과 시간을 대폭 줄이면서 AI 학습 속도를 100배 가까이 높일 수 있다는 것이다.
- IT/바이오
2025-02-20 08:47:00
[윌로우 양자 혁명의 시작(7·끝)] 윌로우, 양자 도약과 인류의 미래⋯기술 철학의 새로운 미래를 열다

양자 컴퓨터는 이제 공상 과학이 아닌 현실이다. 구글이 개발한 양자 컴퓨팅 칩 '윌로우(Willow)'는 계산 능력의 한계를 넘어 새로운 가능성의 문을 열었다. 하지만 기술의 발전은 단순히 효율성과 성능의 문제로 끝나지 않는다. 윌로우는 인간의 윤리와 사회적 책임, 기술과 철학의 경계선에서 중요한 질문을 던지고 있다. 이번 회에서는 윌로우가 인류의 미래에 제시하는 철학적·사회적 의미를 탐구하며, 기술의 진정한 의미를 되짚어본다. [편집자 주] 자연의 언어를 읽다…양자역학의 운영체제 양자 컴퓨팅은 자연의 언어, 즉 양자역학을 기반으로 작동한다. 고전 컴퓨터가 0과 1의 이진법으로 정보를 처리한다면, 양자 컴퓨터는 중첩(superposition)과 얽힘(entanglement)을 활용하여 훨씬 더 많은 정보를 동시에 처리할 수 있다. 윌로우는 오늘날 가장 빠른 슈퍼컴퓨터 중 하나가 10의 25제곱년 걸리는 계산을 5분 이내에 수행했다. 10의 25제곱년은 글로 표현하면 10,000,000,000,000,000,000,000,000년이다. 이 엄청난 숫자는 물리학에서 알려진 시간 척도를 넘어 우주의 나이를 크게 넘어선다. 이처럼 윌로우는 인간이 과거에는 상상조차 하지 못했던 문제를 해결할 수 있는 능력을 제공하지만 이와 동시에 윤리적 문제를 동반한다. 양자 컴퓨터가 기존 암호학 기술을 무력화하는 것처럼, 윌로우의 기술은 오용될 경우 사회적 갈등을 유발하거나 개인의 프라이버시를 침해할 가능성이 있다. 양자 컴퓨터는 RSA, ECC와 같은 기존 암호 체계를 빠르게 해독할 수 있다. 이로 인해 양자 내성 암호(Quantum-Resistant Crystography) 개발이 중요해 지고 있다. 아울러 양자 컴퓨팅 기술과 함께 양자 암호학(QKD)을 활용해 해킹에 강한 통신 네트워크 구축이 가능하다. 이처 양자 기술의 발전에는 책임감 있는 사용과 윤리적 가이드라인이 필수적이다. 기술의 목적이 무엇인지, 그리고 이를 통해 어떤 가치를 실현할 것인지에 대한 사회적 논의가 필요하다. 신약 개발 등 첨단 기술 앞당겨 양자 컴퓨터는 분자의 복잡한 상호작용을 시뮬레이션할 수 있어 신약 개발 시간을 단축하고 성공률을 높일 수 있다. 아울러 방대한 유전체 데이터를 효율적으로 분석하여 맞춤형 치료제 개발에 기여할 수 있다. 양자 시뮬레이션을 통해 신소재 개발에 기여할 수 있다. 예를 들어 초전도체나 고성능 배터리 소재 등 새로운 물질의 특성을 정확히 예측하고 최적화된 재료를 설계할 수 있다. 양자 컴퓨터는 기존의 머신러닝 알고리즘보다 더 빠르고 효율적으로 대규모 데이터를 설계할 수 있다. 그로 인해 데이터 분류, 클러스터링, 강화 학습 등에서 혁신적인 성능을 발휘할 수 있다. 금융 시장에서 복잡한 위험 요소를 더 정밀하게 분석해 투자 전략을 최적화할 수 있다. 양자 알고리즘을 활용해 금융 데이터의 패턴을 더 정교하게 분석하고 시장 예측력을 높일 수 있다. 아울러 기후 변화의 다양한 변수를 빠르게 분석해 더 정교한 모델을 제공할 수 있다. 국방 및 안보 분야에서 방대한 정보를 빠르게 분석해 전략적 의사 결정을 할 수 있다. 기존 레이더보다 월씬 더 정교하고 감지 능력이 뛰어난 시스템 개발이 가능하다. 그밖에 우주선의 최적 항로를 계산해 연료를 절약하고 탐사 효율을 극대화하며, 복잡한 천체 물리학 문제를 더 정확하게 해결할 수 있다. 이처럼 양자 컴퓨팅은 현재 초기 단계에 있지만 앞으로 기술이 성숙함에 따라 더 다양한 산업에서 응용될 가능성이 크다. 협력과 공유 통한 기술의 민주화 구글 퀀텀 AI는 윌로우의 기술을 독점하지 않고, 오픈소스 소프트웨어와 교육 자료를 통해 전 세계 연구자들과 공유하고 있다. 이러한 협력적 접근은 양자 컴퓨팅 생태계를 확장하고, 기술 발전의 혜택을 전 세계적으로 분배하는 데 기여한다. 이는 기술 민주화의 본보기가 될 수 있으며, 기술 발전이 일부 계층이나 국가에만 국한되지 않도록 하는 중요한 사례로 평가받고 있다. 기술과 철학, 새로운 질문을 던지다 윌로우는 단순히 계산 속도를 높이는 도구가 아니라, 인간 존재와 기술의 관계에 대한 새로운 질문을 던진다. 기술이 인간의 한계를 초월할 때, 우리는 무엇을 추구해야 할까? 기술 발전이 인류의 이익을 넘어선 순간, 우리는 어떤 선택을 해야 할까? 이러한 질문은 단지 과학자나 기술 전문가들만의 것이 아니다. 사회 전체가 윌로우와 같은 기술이 가져올 변화를 논의하고, 이를 바람직한 방향으로 이끌어야 한다. 미래를 여는 윌로우, 새로운 시작의 문을 열다 윌로우는 단순한 양자 컴퓨팅 칩이 아니다. 이는 기술과 윤리, 사회적 책임과 인간의 한계를 넘어 새로운 미래를 열어가는 첫걸음이다. 의약품 개발, 기후 변화 대응, 에너지 혁신 등 다양한 분야에서 윌로우는 인류가 직면한 난제를 해결할 수 있는 도구로 자리잡고 있다. 하지만 그와 동시에 윌로우는 우리에게 기술의 본질과 목표에 대해 다시금 생각해보게 만든다. 양자 컴퓨팅은 이제 막 시작됐다. 그리고 그 여정은 인간의 창의성과 협력을 바탕으로 계속 이어질 것이다. <윌로우, 양자 혁명의 시작> 시리즈는 양자 컴퓨팅 기술의 선두 주자인 윌로우를 통해, 기술이 인간과 사회에 미치는 영향과 가능성을 탐구하는 여정을 담아냈다. 구글의 윌로우가 열어갈 새로운 세계는 단순히 기술 혁신을 넘어, 인간 존재의 의미와 미래를 재정의하는 데 기여할 것이다. 이제 윌로우는 우리 모두에게 새로운 가능성의 문을 활짝 열어 보이고 있다.
- IT/바이오
2024-12-20 10:05:00
[윌로우, 양자 혁명의 시작(4)] 윌로우, 암호화 기술의 미래를 뒤흔들다

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.
- IT/바이오
2024-12-17 14:56:00
[윌로우, 양자 혁명의 시작(2)] 윌로우, 30년 난제 깨고 양자 컴퓨팅 시대 앞당기다

양자 컴퓨터는 인류가 해결하지 못했던 문제들을 해결할 열쇠를 가지고 있다. 구글이 개발한 혁신적인 양자 컴퓨팅 칩 '윌로우(Willow)'는 그 열쇠를 단단히 쥔 채, 30년간 학계를 괴롭혀 온 난제를 해결하며 양자 컴퓨팅의 상용화를 앞당기고 있다. 이번 회에서는 윌로우가 어떻게 양자 오류 정정의 난제를 해결했는지, 그리고 이를 통해 어떤 가능성이 열렸는지 심층적으로 살펴본다. [편집자 주] 양자 오류 정정, 꿈을 현실로 만들다 양자 컴퓨터는 큐비트(Quantum Bit·양자 역학의 원리를 기반으로 정보를 저장하고 처리하는 단위)를 사용하여 기존 컴퓨터보다 훨씬 더 많은 데이터를 동시에 처리할 수 있지만, 큐비트는 외부 환경에 매우 민감해 오류가 발생하기 쉽다. 이 때문에 과학게에서는 "큐비트를 늘릴수록 오류도 증가한다"는 문제가 걸림돌로 여겨졌다. 그러나 윌로우는 이를 뒤집었다. 구글 퀀텀 인공지능(AI) 팀은 큐비트를 3x3, 5x5, 7x7로 배열하고, 표면 코드(surface code)라는 기술을 통해 오류를 단계적으로 절반씩 줄이는 데 성공했다. 구글은 2019년 '시커모어(Sycamore)' 칩으로 양자 우월성을 처음 달성했으며, 이번에 윌로우는 이를 더욱 확장하고 복잡한 문제를 해결할 수 있는 능력을 입증했다. 이는 1985년 피터 쇼어가 이론화한 양자 오류 정정의 한계를 실질적으로 극복한 사례로, 양자 컴퓨터의 상용화를 향한 거대한 도약을 의미한다. 윌로우, 전설적 성과로 기록되다 윌로우는 단순히 연구 단계에서 멈추지 않았다. 랜덤 회로 샘플링(RCS) 실험에서 윌로우는 기존 슈퍼컴퓨터가 10해년(10septillion·10의 25제곱 년) 걸리는 계산을 단 5분 만에 완료하며 압도적인 성능을 입증했다. 이는 양자 컴퓨터가 단순한 이론이 아닌 실질적인 응용 가능성을 지니고 있음을 보여주는 획기적인 사건이다. 이번에 해결된 문제는 양자 역학 시스템의 시뮬레이션과 같은 분야에서 고전 컴퓨터로는 계산 불가능한 영역에 속한다. 예를 들어 고체 물질 내 전자의 움직임을 계산하거나, 화학 반응의 정확한 에너지 상태를 예측하는 문제처럼 기존의 컴퓨터로는 수십년 걸릴 계산을 단 시간에 수행했다. 3D 큐비트 배열과 초전도 기술의 진화 윌로우의 성공 뒤에는 초전도 큐비트와 3D 큐비트 배열 기술이 있었다. 기존의 평면적 큐비트 배열은 외부 간섭에 취약했지만, 윌로우는 큐비트를 3D 구조로 배치하여 안정성을 극대화했다. 또한 초전도 회로를 활용하여 큐비트 간의 신호 간섭을 줄이고 계산 정확도를 높였다. 이는 윌로우가 기존 양자 컴퓨터와 차별화된 이유 중 하나다. 실시간 오류 정정, 양자 컴퓨팅의 문을 열다 윌로우는 새로운 디코딩 알고리즘을 통해 실시간으로 오류를 감지하고 수정하는 기술적 성과를 달성했다. 이는 양자 컴퓨터가 단순히 이론적 실험을 넘어, 실질적인 응용 분야에서도 신뢰할 수 있는 시스템으로 자리 잡을 수 있는 기반을 마련한 혁신적인 변화다. 양자 컴퓨팅 시대를 앞당기다 구글 퀀텀 AI 팀은 윌로우의 성공을 기반으로 양자 컴퓨팅 상용화의 속도를 더욱 높이고 있다. 구글은 연구 성과를 오픈소스 플랫폼을 통해 공개하며, 전 세계의 연구자와 협력해 양자 컴퓨팅 생태계를 확장하고 있다. 특히 윌로우는 의약품 개발, 에너지 혁신, AI 알고리즘 등 다양한 분야에서 상상 이상의 가능성을 제시하며, 인류가 직면한 난제를 해결하는 데 중요한 도구가 될 것이다. 다음 회에서는 윌로우가 슈퍼컴퓨터를 넘어선 연산 능력을 어떻게 활용할 수 있을지 구체적으로 분석한다. [윌로우, 양자 혁명의 시작(3)]에서 이어진다.
- IT/바이오
2024-12-13 10:29:00
구글, 오류 대폭 줄인 양자칩 적용한 양자컴퓨터 공개

구글은 9일(현지시간) 양자컴퓨터에서 사용할 신형 양자칩을 개발했다고 발표했다. 로이터통신 등 외신들에 따르면 구글은 이날 슈퍼컴퓨터가 10셉틸리언(10해년-septillion·10²⁴)년 걸리는 문제를 단 몇 분 만에 푸는 양자컴퓨터를 개발했다고 밝혔다. 10셉틸리언은 10의 25제곱이며 1조의 10조배에 달하는 수다. 구글은 자체 개발한 양자 칩 '윌로우(Willow)'를 장착한 양자컴퓨터가 성능 실험에서 현존하는 가장 빠른 슈퍼컴퓨터인 프런티어를 능가했다고 설명했다. 이어 프런티어가 10셉틸리언(10의 25제곱)년 걸려야 풀 수 있는 문제를 윌로칩을 장착한 양자컴퓨터는 단 5분 안에 풀었다고 덧붙였다. 천문학적인 시간이 걸리는 계산을 5분미만에 실행할 수 있을 뿐만 아니라 30여 년간 병목 기술로 불려왔던 양자 오류 수정 기술을 획기적으로 개선하는데 성공했다. 또한 기존 슈퍼컴퓨터를 대체할 계산인프라로 폭넓은 용도에서의 실용화의 길을 열었다. 구글 양자 AI 설립자인 하트무트 네벤은 "이는 중요하지 않다"며 "간단한 문제조차 해결하지 못하면 실용적인 문제도 해결할 수 없다"고 부연했다. 구글은 기존 컴퓨터가 풀지 못하는 실제 문제 해결 사례를 내년에 발표할 것이라고 밝혔다. 구글은 또 윌로우가 큐비트 수를 늘리면서 오류를 줄일 수 있는 임계값 이하(Below Threshold)를 달성한 첫 양자시스템이며 실시간으로 오류를 수정할 수 있는 기술도 개발했다고 설명했다. 양자컴퓨터는 대개 전기 저항이 없는 초전도 큐비트를 사용해 정보를 처리하는데, 외부의 저항에 쉽게 오류가 발생하는 단점이 있었다. 로이터통신은 "양자컴퓨터를 실용적으로 만드는 데 중요한 단계"라고 짚었다. 뉴욕타임스(NYT)는 "양자컴퓨팅은 양자역학이라는 물리학의 한 분야에 대한 수십년간의 연구 결과로 여전히 실험적인 기술이지만, 구글의 성과는 과학자들이 이 기술에 대한 오랜 기대를 충족시킬 수 있는 방법들을 꾸준히 발전시키고 있음을 보여준다"고 평가했다. 양자컴퓨터는 기존의 슈퍼컴퓨터로 수십년 걸리는 복잡한 문제를 수분내에 해결할 수 있다. 현재로서는 특정의 계산외에는 사용할 수 없지만 기술개발로 앞으로 더 복잡한 문제를 해결해 새로운 소재와 화학제품의 개발로 이어질 것으로 기대되고 있다. 구글은 지난 2014년에 양자컴퓨터 분야에 진출했다. 지난 2019년에는 양자컴퓨터 '시카모어'를 개발해 슈퍼컴퓨터가 1만년 걸리는 문제를 약 3분에 해결해 '양자초월'이라 불리는 기술혁신을 달성했다고 발표했다. 구글은 이번 연구로 성능이 더욱 높이게 됐다. 양자컴퓨터는 미국의 거대 기술기업이 연구개발에서 앞서고 있다. 중국, 유럽, 일본, 캐나다 등도 차세대의 중요한 정보기술로 정부지원을 지원을 받아 연구기관과 스타트업들이 개발경쟁을 벌이고 있다.
- IT/바이오
2024-12-11 05:38:00
구글, AI 에너지 수요로 온실가스 배출량 5년간 48% 급증

인공지능(AI) 열풍으로 구글의 2023년 온실가스 배출량이 2019년보다 무려 48% 증가했다. BBC와 CNN 등 다수외신은 3일(현지시간) 거대 기술기업 구글은 AI의 폭발적인 성장으로 인해 데이터 센터가 필요로 하는 에너지 양이 급증하고 있는 점을 온실가스 배출 증가 원인으로 꼽았다며 이같이 보도했다. 구글은 지난 1일 공개한 '2024년 환경보고서'에서 AI 연산량 증가로 인해 에너지 수요가 늘어났다고 밝혔다. 데이터 센터는 대량의 컴퓨터 서버로 구성되며, AI는 막대한 양의 서버를 필요로 한다. 데이터 센터는 강력한 컴퓨팅 장치로 가득찬 일종의 창고이며, 데이터를 처리하고 컴퓨터가 생성하는 열을 관리하기 위해 엄청난 에너지를 사용한다. 구글은 다른 기술 경쟁업체와 마친가지로 생활, 업무, 정보 소비 방식을 변화시킬 차세대 주요 기술 혁명으로 널리 알려진 AI에 대한 투자에 올인하고 있다. 구글은 제미나이 생성형 AI 기술을 검색과 구글 어시스턴트를 비롯한 일부 핵심 제품에 통합했다. 순다르 피차이 CEO는 구글을 "AI 우선 기업"이라고 불렀다. AI 기반 서비스는 표준 온라인 활동에 비해 훨씬 더 많은 컴퓨팅 성능과 전기를 필요로 하기 때문에 이 기술이 환경에 미치는 영향에 대한 경고가 잇따르고 있다. 구글의 목표는 2030년까지 넷제로 배출을 달성하는 것이지만, "제품에 AI를 더욱 통합할수록 탄소 배출량을 줄이는 것이 어려울 수 있다"고 인정했다고 BBC는 전했다. 최근 연구에 따르면 챗GPT와 같은 생성형 AI 시스템은 특정 작업용 소프트웨어를 실행하는 기계보다 약 33배 더 많은 에너지를 사용할 수 있다. 구글 보고서는 또한 데이터 센터의 환경 영향에 있어서 지역별로 큰 차이를 보여준다. 유럽과 미주 지역 데이터 센터는 대부분 탄소 배출이 없는 에너지 원을 사용하는 반면, 중동과 아시아, 호주 지역 데이터 센터는 탄소 배출이 없는 에너지 사용량이 훨씬 적다. 구글은 전체적으로 에너지의 약 3분의 2를 탄소 배출이 없는 에너지원에서 얻고 있다고 밝혔다. 영국 러프러버 대학교 정보 및 지식 관리 톰 잭슨 교수는 데이터 센터의 에너지 소비와 관련해 "사람들은 클라우드에 저장하는 모든 것이 디지털 탄소 발자국에 영향을 미친다는 사실을 깨닫지 못한다"고 지적했다. 그는 데이터 사용의 탄소 발자국을 측정하고 줄이기 위한 솔루션을 찾는 디지털 탈탄소 디자인 그룹(Digital Decarbonisation Design Group)을 운영하고 있다. 잭슨 교수는 "데이터 제공 업체는 대규모 조직과 긴밀히 협력해 다크 데이터 저장을 줄이는 데 도움을 주어야 한다"고 강조했다. 다크 데이터는 한 번만 사용되거나 전혀 사용되지 않는 데이터를 의미하며, 저장된 데이터는 사용되지 않더라도 여전히 많은 에너지를 소비한다. 그는 구글이 2030년까지 데이터 센터에서 탄소 순 배출량 제로를 달성하겠다는 목표를 높이 평가하면서도, 정말 어려운 일이 될 것이라고 말했다. AI의 에너지와 물 사용량 증가는 특히 AI 분야의 급속한 성장 전망과 맞물려 여러가지 경고를 불러 일으켰다. 데이터 센터가 과열되는 것을 방지하기 위해 냉각수로 사용되는 대량의 물은 지속 가능성에 대한 과제이기도 하다. 구글은 2030년까지 사무실과 데이터 센터에서 소비하는 담수의 120%를 보충할 계획이라고 밝혔다. CNN에 따르면 구글은 지난해 그 물의 18%만 보충했으며, 그 양은 전년 대비 6%에서 크게 증가했다. 영국 에너지 기업 내셔널 그리드(Nation Grid)의 존 페티그루 CEO는 지난 3월 AI와 양자 컴퓨팅의 결합으로 향후 10년 동안 에너지 수요가 10배 이상 급증할 것이라고 예측했다. 반면, 마이크로소프트 공동 창업자 빌 게이츠는 최근 AI의 환경 영향을 경시하며 AI가 전력 수요를 2%에서 6% 사이로 증가시킬 것이라고 밝혔다.
- IT/바이오
2024-07-04 17:15:00
[신소재 신기술(53)] 새로운 냉각 기술로 양자 컴퓨팅 시대 열린다

미국에서 획기적인 냉각 기술이 개발돼 절대 영도 도달 시간을 단축했다. 미국 정부기관인 국립 표준 기술 연구원(NIST) 연구팀은 획기적인 냉각 기술을 개발해 빅 칠(Big Chill)로 알려진 절대 영도에 근접한 초저온을 기존보다 훨씬 빠르고 효율적으로 달성할 수 있게 됐다고 라이브사이언스가 최근 보도했다. 이 기술은 양자 컴퓨팅, 천문학 등 중요 과학 실험에 필요한 준비 시간을 크게 단축 시킬 수 있을 것으로 기대된다. 절대 영도는 -273.15℃ 또는 0켈빈으로 표시되는 가장 낮은 온도를 의미한다. 이 온도에서 원자와 분자는 완전히 정지 상태에 있으며, 열 에너지가 전혀 존재하지 않는다. 절대 온도는 이론적 개념이며 실제로 실험적으로 달성하기에는 어렵다. 현재까지 절대 온도에 가장 근접하게 도달한 온도는 1999년 로듐을 활용한 냉각 기법으로 기록한 약 100피코켈빈이다. 과학 실험에 사용되는 민감한 전기 장비는 온도 변동과 같은 외부 노이즈의 간섭을 받지 않도록 절대 영도 근처의 초저온을 유지해야 한다. 하지만 기존 냉장 장치는 이러한 온도를 달성하는 데 배우 비용이 많이 들고 비효율적이었다. NIST 과학자들은 훨씬 더 빠르고 효율적으로 절대 온도를 달성할 수 있는 새로운 프로토타입의 냉장고를 제작했다. 염구팀은 이를 사용하면 연간 2700만와트의 전력을 절약하고, 전세계 에너지 소비를 3000만달러까지 줄일 수 있다고 주장했다. 이번 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 저널에 게재됐다. 기존PTR 설계 개선해 초저온 달성 기존 가정용 냉장고는 액체 냉매가 저압 파이트(증발기)를 통해 순환하면서 열을 흡수해 내부를 냉각시키는 방식으로 작동한다. 냉매는 압축기를 거쳐 다시 액체 상태로 변환되면서 온도가 상승하고 이 열은 냉장고 뒷면을 통해 방출된다. 과학자들은 40년 이상 펄스 튜브 냉장기(PTR)를 사용해 초저온을 달성해돴다. PTR은 헬륨 가스를 이용해 유사한 과정을 거치지만 열을 훨씬 더 잘 흡수한다. PTR은 효과적이긴 하지만 에너지 소비가 많고 비용이 많이 들며, 냉각 시간이 오래 걸리는 담점이 있다. NIST 연구팀은 기존 PTR 설계 개선을 통해 냉각 시간을 단축하고 전체 비용을 낮출 수 있다고 밝혔다. 연구팀은 PTR은 기본 온도(보통 4 켈빈 근처)에서만 최적의 성능을 발휘하도록 설계되어 있어 전체 냉각 과정 중 상당 부분에서 비효율적으로 작동한다고 지적했다. 이에 NIST 연구팀은 압축기(컴프레서)와 냉장고 사이의 PTR 설계를 조정해 헬륨 가스 사용 효율을 높였다. 기존 방식에서는 헬륨 가스 일부가 순환 루트 대신 방출 밸브로 유출되면서 낭비됐다. 적은 비용으로 양자 컴퓨팅 구현 연구팀이 제안한 재설계에는 온도가 내려가면 수축하는 밸브가 포함돼 헬륨 가스 낭비를 방지할 수 있다. 이러한 개선으로 NIST 팀이 셜계를 수정한 PTR은 기존 방식보다 1.7배~3.5배 빠르게 초저온(빅 칠)을 달성했다. 연구팀은 이 새로운 기술을 통해 이탈리아의 희귀 현상 암흑 물질 연구소(CUORE)에서 수행한 실험 시간을 최소 1주일 단축할 수 있었다고 밝혔다. 이 연구소는 현재까지 이론상으로만 존재하는 방사성 붕괴 형태와 같은 희귀 현상을 연구하는데 사용된다. 정확한 연구 결과를 얻기 위해서 이러한 시설에서 배경 잡음을 최대한 줄여야 한다. 연구진은 이 새로운 방법을 사용하면 현재 이론적인 형태의 방사능 붕괴와 같은 희귀 사건을 찾는 데 사용되는 이탈리아의 극저온지하천문대(CUORE)에서의 실험 시간을 최소 일주일 이상 단축할 수 있다고 연구 결과에서 밝혔다. 이 시설에서 정확한 결과를 얻으려면 배경 소음을 최대한 줄여야 한다. 양자 컴퓨터도 비슷한 수준의 격리가 필요하다. 양자 컴퓨터는 양자 비트, 즉 큐비트(qubit)를 사용한다. 기존 컴퓨터는 정보를 비트(bit) 단위로 저장하고 1 또는 0의 값으로 데이터를 인코딩하여 순차적으로 계산을 수행하지만 큐비트는 양자역학의 법칙에 따라 1과 0의 중첩을 차지하며 계산을 병렬로 처리하는 데 사용할 수 있다. 그러나 큐비트는 매우 민감하기 때문에 열 에너지의 미세한 변동을 포함해 최대한의 외부 노이즈(배경 잡음) 차단이 필요하다. 연구팀은 이론적으로 가까운 미래에 훨씬 더 효율적인 냉각 방법을 달성할 수 있으며, 이는 양자 컴퓨팅 분야에서 더 빠른 혁신으로 이어질 수 있다고 말했다. 또한, 연구팀은 이 기술이 초저온을 달성하면서도 동시에 훨씬 저렴한 비용으로 초저온 산업에 도움이 될 수 있으며, 시간 집약적이지 않은 실험 및 산업 응용 분야의 비용을 절감할 수 있다고 덧붙였다.
- 포커스온
2024-06-03 14:35:00
도요타, 미국벤처부문에 3억달러 투입⋯기후변화와 기술에 투자

일본 도요타자동차는 미국 벤처부문에 3억 달러(약 4090억 원)를 투입해 탄소회수와 인공지능(AI), 우주사업의 상업화 등 기후변화와 소위 프론티어 테크놀로지에 초점을 맞춘 초기단계의 스타트업을 지원한다. 11일(현지시간) 로이터통신 등 외신들에 따르면 도요타의 이번 자금 투입으로 도요타벤처스의 운용자산 총액은 8억 달러(약 1조 908억원)를 넘어선다. 도요타벤처스의 제너럴 파트너, 짐 아들러는 “리스크가 높은 기회를 추구하지 않는다면 전세계에서 일어나고 있는 변화에 뒤처질 것”이라고 말했다. 도요타벤처스는 수직이착륙기 제조업체의 미국 조비 에비에이션에 벌써 출자해 이익을 올리고 있다. 아들러는 "가장 큰 변혁을 가져올 기업에 대한 접근을 제공하고 있다"고 설명했다. 새롭게 투입된 3억 달러는 도요타벤처스로서는 두번째인 기후변화펀드와 두번째 딥 테크놀로지 펀드에 균등하게 배분된다. 기후변화펀드는 수소 스타트업에 에코렉토 등을 지원하고 딥 테크놀로지는 인공위성 서비스를 제공하는 스타피쉬 스페이스와 양자컴퓨팅웨어의 스타트업 HAIQU와 같은 과학에 중점을 둔 스타트업에 초점을 맞출 예정이다.
- 산업
2024-04-11 14:29:00