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지난 1년 동안, 양자 컴퓨팅의 주요 이정표에 도달했음을 알린 벤더가 다수 등장했다. 이들은 오류를 최소화하며 더 많은 큐비트를 추가할 수 있는 기술이 잇달아 선보였다. 양자 컴퓨팅에 대한 에 초점을 맞추고 있는 인플렉션(Infleqtion)의 양자 소프트웨어 담당 부사장인 프라나브 고칼레는 “이제 ‘제로 투 원(zero to one)’의 순간이 마침내 출현했다고 단언할 수 있다.
연구 로드맵이 아닌 확장 로드맵을 검토할 단계에 이르렀다”라고 말했다. 이는 투입되는 에너지보다 더 많은 에너지를 생산하는 지점에 도달한 핵융합 발전소의 발전에 비유할 만하다. 또는 로켓이 탈출 속도(escape velocity)를 달성한 것과 비교할 수도 있다.
그에 따르면 인플렉션 또한 지난 12월에 ‘탈출 속도’에 도달했다. 으로 정확도가 6배 향상됐기 때문이었다. 최근 탈출 속도에 도달한 다른 회사로는 마이크로소프트, 구글, 퀘라 등이 있다고 그는 말했다.
(더 읽기: ) 일부 기업은 이미 양자 컴퓨팅를 도입한 상태다. 1월에 발표된 큐에라 설문조사에 따르면, 770명의 양자 컴퓨팅 연구자 및 전문가 중 56%가 이미 조직에서 양자 컴퓨팅을 사용하고 있다고 응답했다. 이 중 80% 이상이 과학 연구 및 개발에 사용하고 있다고 응답했지만, 50%는 개념 증명 또는 시범 프로젝트에 사용하고 있다고 밝혔다.
또한 10%는 양자 컴퓨팅을 운영에 사용하고 있지만, 긍정적인 ROI는 아직 나타나지 않고 있다고 대답했으며, 4%는 긍정적인 ROI를 보고했다. 일반적인 접근 방식은 양자 컴퓨팅을 전통적인 고성능 컴퓨팅 및 AI와 결합하는 것이다. 이를 통해 아직은 소규모인 양자 컴퓨터가 큰 퍼즐의 일부 요소만 처리할 수 있도록 하는 것이다.
호라이즌X 컨설팅(HorizonX Consulting)과 시장 정보 회사 퀀텀 인사이더(The Quantum Insider)는 양자 컴퓨팅 도입 정도에 따라 기업을 순위화하는 를 지난 2월에 공개했다. 예를 들어, 자동차 부문에서는 BMW, 폭스바겐, 도요타가 선두를 달리고 있다. 금융 부문에서는 JP모건, HSBC, 골드만 삭스가 양자 개념 증명에 앞서 있다.
이 밖에 지난해 10월에 발표된 에 따르면 양자 컴퓨팅 벤더의 39%는 2026년에 양자 컴퓨터가 생산 수준에 사용될 것으로 예상했다. 또한 14%는 2025년에 양자 컴퓨터가 생산에 사용될 준비가 될 것으로 예상했으며, 4%는 2024년에 양자 컴퓨터가 생산에 사용될 준비가 될 것으로 예상하고 있었다. 양자 컴퓨팅이 큰 영향을 미칠 것이라는 또 다른 징후도 있다.
지난해 10월에 중국 연구원들은 D-웨이브의 양자 어닐링 컴퓨터를 사용하여 했다. 그렇다고 당장 당황할 수준이 아니다. 단지 22비트 키였으며, 오늘날 RSA 암호화에 일반적으로 사용되는 2048비트 키가 아니었다.
따라서 개념 증명 수준에 가깝다. 그럼에도 불구하고, 가트너는 2029년이면 대부분의 전통적인 비대칭 암호화가 안전하지 않을 것이라고 했다. 결과적으로 조직들은 위험 노출을 감수하기보다는 개인 데이터 대부분을 삭제할 가능성이 크다고 이 리서치 회사는 전망했다.
그러나 ‘ ’는 공격을 감안해야 한다. 저장 비용을 감당할 수 있는 공격자들은 지금 당장 암호화된 통신이나 데이터 세트를 수집할 수 있다. ISG 리서치의 파트너인 더그 세일러스는 “오늘날 데이터를 해독할 수 있는 기술은 없지만, 공격자들이 일단 데이터를 수집하고 있을지도 모른다.
데이터 스트림을 일단 보관한 후 나중에 해독할 수 있을 가능성에 대비해야 한다”라고 말했다. 1. 암호화 인벤토리 작성 양자 암호화 위협에 대비하기 위해 기업들은 일단 환경 평가를 시작해야 한다.
세일러스는 “우리가 고객들에게 조언하고, 함께 수행하는 작업이 있다. 먼저 암호화 알고리즘 인벤토리를 작성해 사용 현황을 파악하는 것이다”라며, 이 작업이 까다로울 수 있다고 전했다. 예를 들어, 온라인 통신을 보호하는 데 사용되는 공개 키 교환 방법과 같은 비대칭 암호화가 양자 해독에 취약하다.
“그러나 대부분의 조직은 오라클 데이터베이스가 대칭 암호화인지 비대칭 암호화인지 모른다. 그들은 아파치 서버가 무엇을 하는지도 알지 못한다”라고 그는 말했다. 또한, 대부분의 암호화는 계층화되어 있으며, 대칭 및 비대칭 부분을 모두 포함하곤 한다.
일례로 단일 신용카드 거래에 37개의 암호화 포인트가 있을 수 있다. “대부분의 사람들이 존재조차 모르는 수많은 접점이 있다. IT 전문가들조차도 이를 잘 알지 못한다”라고 세일러스는 말했다.
2. 우선순위 지정 ISG의 세일러스는 이러한 복잡성을 감안해 우선순위를 정할 것을 제안한다. 첫 번째로 경계 보안, 두 번째로 중요한 자산 주변의 암호화를 파악한다.
그리고 세 번째로는 데이터 백업 주변의 암호화에 주목한다. 이 모든 작업은 가능한 한 빨리 이뤄져야 한다. 실제로 가트너에 따르면, 기업들은 2024년 말까지 암호화 데이 전환할 계획을 수립해야 한다고 강조한 바 있다.
가트너 애널리스트 마크 호르바트는 “곧바로 시작해야 한다. 생각보다 시간이 오래 걸릴 것”이라고 말했다. 그는 향후 5~7년 동안 현재의 모든 암호화를 교체해야 할 것이라며, “쉽게 할 수 있을 것 같지만 실제로는 재앙이다”라고 표현했다.
3. 암호화 민첩성 추구 기업들이 어떤 자산과 커뮤니케이션을 먼저 보호해야 하는지 파악했다면, 다음은 양자 내성 암호화로 전환할 차례다. NIST는 2024년에 했으며, 향후 더 많은 알고리즘이 출시될 전망이다.
그렇다고 기업이 이들 알고리즘 중 하나를 선택하여 기존의 모든 암호화를 교체해서는 안 된다. 일단 새로운 알고리즘이 기존의 알고리즘을 단순히 대체하는 것이 아니기 때문이다. 가트너의 호르바트는 “새로운 알고리즘들이 기존의 알고리즘과 동일한 성능을 발휘하지 않는다.
키 생성 시간이 다르며 키 크기도 다르다”라고 설명했다. 신중하면서도 다각적으로 테스트해야 한다. 일부 암호화 프로세스에 대해서는 재설계 작업을 해야 할 수도 있다.
그러나 더 큰 문제는 기술이 계속 발전함에 따라 새로운 알고리즘 자체가 더 이상 사용되지 않을 수 있다는 점이다. 대신, 기업은 양자 민첩성을 추구하라고 호르바트를 비롯한 전문가들은 권장한다. 프로세스에 암호화가 하드코딩되어 있다면, 그것을 분리해야 한다.
“어떤 암호화든 작동할 수 있도록 유연성을 확보하라. 특정 기법에 의존해서는 곤란하다”라고 그는 말했다. 이를 통해 기업은 위험 수준에 따라, 또는 파트너와 고객, 플랫폼이 특정 표준을 지원하는지 여부에 따라 적합한 암호화를 사용할 수 있다.
모든 조직이 양자 안전 암호화를 같은 속도로 또는 같은 알고리즘 세트로 움직이지는 않을 것임을 기억해야 한다. 가트너에 따르면, 기업들은 2024년 중 암호화 민첩성 정책을 시작하고, 2024년과 2025년에 이를 실행에 옮기고, 2027년 말까지 이를 생산 단계에 도입할 필요가 있다. 그리고 2027년까지 암호화 민첩성으로 업그레이드할 수 없는 애플리케이션을 단계적으로 폐지하고 모든 데이터에 대해 강력하고 안전한 암호화를 적용해야 한다는 주문이다.
ABI 리서치의 애널리스트 아이슬링 도슨은 특히 사물인터넷(IoT) 장치에 주목할 필요가 있다고 조언했다. 도슨은 “이러한 장치들이 앞으로도 몇 년에 걸쳐 존재할 수 있다. 이러한 장치들이 포스트 퀀텀 기능을 갖추고 있는지 확인해야 한다.
장치를 교체하지 않는다면 업데이트가 가능하도록 해야 한다”라고 말했다. 또 다른 잠재적 맹점은 SaaS 애플리케이션이다. 그녀는 “공급 기업 다수가 뒤쳐져 있음을 인정하고자 하지 않을 있기 때문에, 이것이 문제가 될 수 있다고 본다”라고 말했다.
암호화를 해결하는 데는 돈과 인력이 요구되기 마련이지만, 모든 공급업체가 포스트 퀀텀 암호화에 높은 관심을 가지고 있지는 않다고 도슨은 덧붙였다. 긍정적인 측면은 고객 수요가 그들을 강하게 압박하고 있다는 것이다. 유럽을 포함한 일부 관할 구역에서는 변경을 의무화하고 있다.
그리고 미국 연방 정부는 2030년까지 공급업체가 양자 안전 암호화를 갖추도록 요구하고 있다고 도슨은 전했다. 4. 양자 키 분배를 고려 양자 안전 암호화와 관련해 키 교환의 대안으로, 또는 추가적 해법으로 일부 회사들이 를 실험하고 있다.
우주나 광섬유 회선을 통해 쌍을 이루는 광자를 전송해 양자 얽힘을 사용하는 접근법이다. 이 경우 통신이 어떤 식으로든 방해를 받으면 얽힘이 깨지게 된다. 그 결과 누구도 엿들을 수 없기 때문에 보안성이 확보된다.
그러나 열, 진동, 또는 광섬유 케이블 자체와의 상호 작용으로 인해서도 개별 광자가 얽힘 상태에서 빠져나올 수 있기에 대역폭과 지연 시간 측면에서 대가가 따른다. 아릴로 퀀텀 테크놀로지(Aliro Quantum Technologies)의 CEO이자 회장 짐 리코타는 “초당 얽힘 상태(대역폭)가 기가비트 전송을 뒷받침하기에 충분하지 않다”라고 설명했다. 그러나 암호화 키는 상대적으로 짧기에 이러한 문제에서 자유롭다 “키가 가장 많이 사용되는 사례다.
매우 안전한 키 공유가 가능하다”라고 리코타는 말했다. 오늘날 양자 키 분배를 고려해야 하는 기업은 해킹 위험이 큰 기업, 또는 매우 민감한 데이터, 특히 국가 기관의 관심을 끄는 데이터를 보유한 기업이다. 콘스텔레이션 리서치의 홀거 뮐러 애널리스트는 “가격 부담도 낮다”라고 말했다.
오늘날 여러 양자 네트워크 회사들이 다른 위치들 사이에 연결을 설정하는 등 많은 활동을 진행하고 있다. 뮐러는 ‘투자자들이 데이터센터를 매입해 해안에서 해안으로 이동하는 포니 익스프레스(Pony Express) 양자 신호를 만들고 있다. 그들은 활용도가 낮은 자산이나 부실 자산을 매입하고 있다”라고 전했다.
5. 양자 기회의 확인 양자 안전 암호화와 양자 키 분배 외에도 양자 컴퓨팅 자체가 있다. 본격적인 양자 컴퓨팅이 아직 몇 년은 더 걸리겠지만, 이 기술이 가치를 발휘하는 분야가 이미 존재한다.
콘스텔레이션 리서치의 뮐러는 “제약이나 화학 산업의 조직 다수가 이미 양자 컴퓨터를 사용하고 있다. 특히 이 범주의 기업이라면 양자 기회를 살펴봐야만 한다”라고 말했다. 그에 따르면 양자 컴퓨터는 이미 단백질 폴딩에서 중요한 역할을 하고 있다.
“양자 큐비트가 단백질 폴딩과 매핑 작업에서 전통적인 아키텍처를 대신하고 있다. 2025년마저 흘려 보내서는 안 된다”이라고 그는 말했다. 보스턴 컨설팅 그룹의 에 따르면, 양자 컴퓨팅은 2024년 여러 혁신이 나타나기 전에도 전 세계적으로 4,500억~8,500억 달러의 경제적 가치를 창출한 것으로 분석된다.
더 낙관적인 견해도 있다. 시장 정보 회사 퀀텀 인사이더(The Quantum Insider)의 에 따르면, 양자 컴퓨팅은 2035년까지 1조 달러의 가치를 창출할 것으로 예상된다. 금융, 국방, 생명과학, 통신, 제조업이 양자 기술의 혜택을 가장 많이 받을 영역으로 손꼽혔다.
카네기 멜론 대학교 테퍼 경영대학원의 스리다유 타유르 교수는 양자 컴퓨터가 고전 컴퓨터보다 더 빨리 계산할 수 있다는 것 이상을 고려해야 한다고 제안했다. “양자 컴퓨터는 단순히 고전 컴퓨터의 더 빠른 버전이 아니다. 비행기가 단순히 더 빠른 자동차가 아니듯이 말이다.
비행기를 이용하면 바다 위를 날 수 있다. 비행 능력을 가지고 있다면 무엇을 하겠는가?”라고 그는 말했다. 인펙션의 고칼레에 따르면, 이와 관련한 초기 사용 사례로는 물리적 과정의 시뮬레이션이 있다.
오늘날, 어떤 회사가 물리적 과정을 거쳐야 하는 작업을 해야 할 때(예를 들어, 운동화용 신형 고무 개발, 신형 화학물질 또는 신형 약품 개발) 많은 시간이 소요되는 실험실 작업이 필요하다. 그 이유는 전통적인 컴퓨터가 시뮬레이션할 수 있는 물리적 과정의 종류와 정확도가 제한되어 있기 때문이다. 고칼레는 “이 모든 작업이 연산 작업으로 전환될 수 있다”라며, 매우 파괴적일 파급력을 가진다고 설명했다.
그는”시뮬레이션이 가능한 모든 실제 프로세스가 시뮬레이션될 수 있다”라며, 가령 신약 개발 일정이 크게 단축될 수 있다고 언급했다. 물리적 과정을 시뮬레이션하는 또 다른 활용 사례는 AI 시스템의 훈련 데이터 생성이다. 이 작업은 이미 고전적인 컴퓨터를 통해 제한적으로 이뤄지고 있다.
예를 들어, 로봇 회사들은 실제 세계에서 훈련을 마무리하기 전에 가상 환경에서 로봇의 초기 훈련을 수행하곤 한다. 양자 컴퓨팅을 사용하면 이러한 활용 사례가극적으로 확장될 수 있다. “많은 작업이 훈련 데이터의 부족으로 인해 병목 현상을 겪고 있다”라고 고칼레는 전했다.
6. 기존 컴퓨터로 양자 컴퓨터 시뮬레이션 양자 컴퓨터가 아직 상용화되지 않은 사용 사례의 경우에도, 그 기능을 시뮬레이션하는 데 가치가 있을 수 있다고 카네기 멜론 대학교의 타유르 교수는 말했다. 그는 “현실화된 시스템 없이도 가능하다.
지금 바로 시작할 수 있다”라고 말했다. 방법은 두 가지다. 첫째, 양자-인스파이어드 알고리즘(quantum-inspired algorithms)이 있다.
이를 이용해 양자 컴퓨팅 원리가 어려운 문제에 대해 접근하는 방식을 이해할 수 있다. “고전 컴퓨터로 문제에 접근하지만, 일반적인 해결 방식과 다른 방법으로 풀어낸다”라고 그는 말했다. 또 다른 방법은 고전 컴퓨터를 사용하여 양자 머신을 시뮬레이션하고, 회사가 양자 하드웨어에서 실행하는 것과 동일한 알고리즘을 실행하는 것이다.
“앞으로 실제 양자 컴퓨터가 등장하면 시뮬레이터를 실제 기계로 교체하면 된다”라고 타유르는 말했다. 그에 따르면 이 접근법에는 실용성도 있을 수 있다. 최근 한 헤지 펀드와 함께 최적화 문제를 해결하기 위해 시도했는데, 그 과정에서 시뮬레이션된 양자 컴퓨터가 실제로 이전보다 더 나은 해답을 제공했다고 그는 전했다.
7. 양자 센서 양자 기술이 이미 활용되고 있는 가운데, 양자 센서 또한 실제로 존재하며 사용되고 있다. 양자 컴퓨터는 민감하다.
열, 진동, 모든 종류의 환경 신호에 민감하기 때문에 양자 컴퓨터의 신뢰성을 확보하기 어렵다. 하지만 이러한 민감성으로 인해 양자 센서는 산업용 센서로 유용할 수 있다. 아릴로 퀀턴 테크놀로지의 최고 제품 책임자 에릭 오스트비는 “위치 확인, 항법, 시간 확인 등의 용도에 활용될 수 있다.
이미 미국 정부가 GPS 없이도 작동할 수 있는 항법 센서의 민감도와 기능을 향상시키기 위해 이를 검토하고 있다”라고 말했다. 즉 양자 센서는 GPS가 작동하지 않거나 신뢰할 수 없는 경우, 또는 GPS 신호가 적극적으로 방해받는 전쟁 지역과 같은 지역에서 유용할 수 있다. 또한 양자 센서는 생체 의학 분야에도 사용되는데, 예를 들어, 심장 영상 촬영에 사용된다고 오스트비는 설명했다.
8. 양자 전문성 확보 조기 채택을 원하지만 아직 양자 인재를 개발하지 않았다면 지금 바로 시작해야 한다. “금융 서비스, 국방, 물류 분야에서 일하거나 현재 몬테카를로 시뮬레이션이나 고성능 컴퓨팅을 사용하는 데 문제가 있다면, 양자 컴퓨팅 역량을 조직 내에 확보하는 전략이 가치 있을 것”이라고 가트너의 호르바트는 말했다.
그는 이어 ”직원 중 누군가가 양자 컴퓨터가 유용할 수 있는 문제를 파악하고 해결할 수 있다는 것을 알고 있다면 큰 도움이 될 것”이라고 덧붙였다. 그렇다고 해서 양자 컴퓨터를 현실에서 실행할 필요는 없다. “대부분의 양자 기업은 양자 컴퓨팅을 서비스 형태로 제공하고 있다.
예를 들어, IBM을 이용하면 온라인으로 양자 컴퓨터를 사용할 수 있다”라고 그는 말했다. 이 박에도 주요 하이퍼스케일러들은 모두 클라우드 기반 양자 컴퓨팅 액세스를 제공하고 있다. 여러 양자 하드웨어 제조업체와 제휴하여 기업이 다양한 양자 컴퓨터를 쉽게 시험해 볼 수 있도록 하기도 한다.
9. 파트너십 구축 기업들이 취할 수 있는 마지막 단계는 양자 컴퓨팅 분야의 핵심 업체와 파트너십을 구축하는 것이다. 양자 컴퓨팅 제조업체나 하이퍼스케일러 같은 플랫폼 제공업체가 될 수 있다.
예를 들어 제약 회사들은 하이퍼스케일러 제공업체와 리게티(Rigetti)나 D-웨이브(D-Wave) 같은 개별 양자 스타트업과 협력하면서 위험을 회피하고 있다고 콘스텔레이션의 뮐러는 전했다. 그리고 대학과 다른 연구 기관, 컨설턴트와 다른 전문가들도 있다. “양자 기술은 거의 모든 산업을 변화시킬 잠재력을 가지고 있다.
하지만 그 잠재력을 활용하려면 채용과 유지가 어려운 폭넓고 깊이 있는 인재를 필요로 한다”라고 부즈 앨런 해밀턴의 양자 연구 부문 수석 과학자인 조던 케니언은 말했다. 그는 전략적 파트너가 그 격차를 메우고, 기업이 내부 역량을 충분히 갖추기 전까지 양자 기술을 채택하는 데 도움을 줄 수 있다고 덧붙였다. dl-ciokorea@foundryco.
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