양자 노트북은 언제쯤 나올까?

양자 컴퓨터가 등장했습니다. 하지만 양자 노트북을 만들 수 있을까요?

약 80년 전 영국, 독일, 미국의 과학자들이 조용히 연구하여 최초의 전자 컴퓨터를 만들었습니다. 이 거대한 기계는 방 전체 크기에 엄청난 양의 에너지를 소비하지만, 전례 없는 컴퓨팅 능력으로 새로운 시대를 열어갑니다.

그 당시에는 불과 몇십 년만 지나면 훨씬 더 강력한 컴퓨터가 배낭에 들어갈 정도로 컴팩트해질 것이라고는 누구도 상상하기 어려웠습니다. 그러나 이런 일이 일어났고, 이제 문제는 언젠가 양자 노트북의 출현을 보게 될 것인가이다.

 

잠재력과 미래 예측

옥스포드 대학의 양자 컴퓨팅 연구원인 Mario Gely는 비록 여전히 추측성이 높기는 하지만 양자 노트북을 소유하는 것이 가능하다고 말했습니다. "나는 그런 가능성을 막는 어떤 근본적인 이유도 생각할 수 없습니다"라고 Gely는 주장했습니다. 그러나 그 비전에 도달하기 전에 과학자들은 양자 기술 개발에 있어 몇 가지 주요 장애물을 극복해야 합니다.

시드니 대학교 나노 연구소 소장이자 양자 전문 이론물리학자인 스티븐 바틀렛(Stephen Bartlett)은 앞으로 10년 안에 정말 유용한 양자 컴퓨터를 볼 수 있을 것이라고 믿습니다. 그러나 그는 또한 많은 과학적 과제가 여전히 열려 있고 해결되지 않은 상태라고 지적했습니다. Bartlett은 "경로가 아직 불분명하지만 우리는 점점 가까워지고 있습니다"라고 말했습니다.

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큐비트 규모: 새로운 문을 여는 열쇠

양자 노트북을 생각하기 전에 가장 먼저 해야 할 일은 정말 유용한 양자 컴퓨터, 즉 현재 슈퍼컴퓨터가 처리할 수 없는 복잡한 문제를 해결할 수 있는 장치를 만드는 것입니다. 주요 과제는 큐비트 수에 있습니다. 큐비트는 양자 컴퓨팅의 기본 단위로, 클래식 컴퓨터의 디지털 비트에 해당합니다. 현재 시스템의 큐비트 수는 여전히 제한되어 있으며 진정으로 강력한 양자 컴퓨팅의 요구 사항을 충족하려면 여러 번 늘려야 합니다.

과학자들은 QCCD(양자전하결합소자) 아키텍처와 같은 상당한 발전을 이루었습니다. QCCD는 2차원 큐비트 배열의 개발을 가능하게 하여 큐비트 밀도를 높이고 보다 효율적으로 확장할 수 있는 가능성을 열어줍니다. 그럼에도 불구하고 현재 연구에서 실제로 적용 가능한 양자 컴퓨터에 이르기까지의 길은 여전히 ​​멀고 어렵습니다.

다양한 유형의 큐비트에 대한 필요성

IBM과 Google이 개발한 것과 같은 현재 양자 컴퓨터는 초전도 큐비트에 크게 의존합니다. 그러나 이 기술에는 큰 한계가 있습니다. 초전도 큐비트는 거의 절대 영도(약 20밀리켈빈)인 극히 낮은 온도에서만 작동합니다. 이 온도를 유지하려면 넓은 면적을 차지하고 많은 에너지를 소비하는 거대 희석 냉장고를 사용해야 합니다. IBM의 양자 컴퓨터 로드맵 목표는 2033년까지 2,000큐비트를 갖춘 컴퓨터를 만드는 것인데, 이 장치가 큰 공간을 채울 것으로 예상됩니다.

따라서 양자 노트북의 꿈을 실현하려면 과학자들은 다른 유형의 큐비트를 연구해야 합니다. 가능한 옵션 중 하나는 트랩된 이온 큐비트입니다. 이러한 유형의 큐비트는 한 번에 여러 상태로 존재할 수 있고 전자기장에 의해 정지 상태로 유지될 수 있는 전하 입자로 만들어집니다. 초전도 큐비트와 달리 트랩된 이온 큐비트 시스템은 실온에서 작동하며 대형 냉장고가 필요하지 않습니다.

그러나 이온 큐비트의 가장 큰 과제는 수반되는 레이저 시스템입니다. 현재 이러한 시스템은 최대 1입방미터의 공간을 차지합니다. "이온 트랩을 미래로 생각한다면 이 레이저 시스템을 컴팩트하게 만들어야 합니다"라고 Gely는 말했습니다. 레이저는 더 작아야 할 뿐만 아니라 많은 수의 큐비트를 처리할 수 있도록 개선되어야 합니다. 현재 시스템은 최대 100개의 이온만 제어할 수 있으며 이는 수백만 큐비트를 갖춘 완전한 양자 컴퓨터를 만들기에는 충분하지 않습니다.

 

 

최근 개발

많은 과제가 남아 있지만 최근의 발전으로 희망이 열렸습니다. QCCD 아키텍처는 큐비트 밀도를 높이는 동시에 레이저 장치의 크기를 줄이는 데 획기적인 발전을 이루었습니다. 지난 7월 스탠포드 대학 연구진은 기존 레이저보다 10,000배 작은 새로운 유형의 티타늄-사파이어 레이저를 개발했습니다. 이러한 개선은 포획된 이온 큐비트 시스템의 크기를 크게 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

Bartlett은 또한 소형화와 하드웨어 최적화가 불가능하지 않다고 낙관하고 있습니다. 아직 알려지지 않은 부분이 많이 남아 있지만 오류 수정, 큐비트 수 확장 등의 과제는 앞으로도 극복될 것이라고 믿습니다. 그러나 더 큰 문제는 양자 노트북이 실제로 주류 소비자에게 이익이 될지 여부입니다.

양자 노트북의 응용과 관점

기술적 문제가 해결되더라도 양자컴퓨터가 널리 활용될 수 있을지는 여전히 큰 의문이다. Gely는 기존 컴퓨터를 완전히 대체하는 대신 양자 노트북을 오늘날 컴퓨터의 그래픽 카드와 유사한 보조 프로세서로 통합할 수 있다고 제안합니다. "일부 특별한 작업에는 유용할 수 있지만 모든 작업에 유용할 수는 없습니다."라고 그는 말했습니다.

Bartlett은 또한 양자 컴퓨터의 응용 프로그램이 금융, 정보 보안 또는 기타 틈새 응용 프로그램과 같은 영역에 초점을 맞출 것이라고 강조했습니다. 하지만 아직 양자컴퓨터가 일상생활을 어떻게 변화시킬지 정확히 예측할 수 있는 사람은 아무도 없습니다.