아이온큐 기업분석, 양자컴퓨터 세상 (1편)

안녕하세요, 메디랜드입니다.

미국 주식시장에서 뜨거운 감자로 거론되고 있는 '아이온큐'에 대한 관심이 점점 커지고 있습니다.

다가올 미래의 슈퍼컴퓨터를 대체할 '양자컴퓨터'를 개발하는 기업이기 때문입니다.

'양자컴퓨터는 무엇인지, 아이온큐는 어떤 기업인지' 기본 개념부터 경쟁력까지 이해하기 쉽게 정리해서 알려드리겠습니다.

 

목차
1. 아이온큐는 어떤 기업인가?
2. 양자 컴퓨터란?
3. 양자 컴퓨터 단위 '큐비트'
4. 양자 컴퓨터의 강점
5. 아이온큐 기술 경쟁력

 

 

1. 아이온큐는 어떤 기업인가?

아이온큐는 2015년 듀크대의 김정상 교수와 메릴랜드 대학 크리스 멀로 교수가 개인 자금 200만 달러(한화 약 22억 원)를 투자하여 설립한 양자 컴퓨터 기술을 개발하고 제공하는 기업입니다.

창업자 중 한 명인 김정상 교수는 1992년 서울대학교 물리학과를 졸업하고 스탠퍼드에서 물리학 박사학위를 받은 정통 물리학자입니다.
학업을 마친 후에는 벨 연구소(노벨과학상의 산실은 연구소, 과학기술발전사 측면에서 큰 의미를 지닌 연구소)에서 일했고 2004년부터는 듀크대 전자컴퓨터공학과 교수로 재직했습니다.
특히 김정상 교수의 박사 논문은 양자 컴퓨터 개발의 근간이 됐을 정도로 해당 분야의 권위자입니다.

그리고, 또 한 명의 창업자인 크리스 멀로 교수는 양자 기술을 활용할 수 있는 논리 회로를 개발했습니다.

그러므로 이 두 사람의 기술적 만남은 볼트와 너트처럼 환상의 궁합이었고, 창립 초기 양자 컴퓨터 시장은 아주 불모지인 만큼 유수의 기업들이 아이온큐가 개발하는 기술에 투자를 쏟아부었습니다.

아이온큐에 투자한 주요 기업 : 아마존, 구글 벤쳐스, 로키드 마틴(Locked Martin), 삼성전자, 현대자동차 등

그리고 2020년 아이온큐는 32 큐비트 양자 컴퓨터 시스템을 발표했고 2021년 스펙 합병으로 뉴욕 증시에 상장했습니다.

 

2. 양자컴퓨터란 무엇인가?

먼저 양자 컴퓨터가 뭔지 알아야겠죠? 우리가 지금 쓰는 컴퓨터는 1940년대에 발전하기 시작한 것으로 당시에는 간단한 수준의 연산만 가능했습니다.

현대 컴퓨터의 기본 단위는 트랜지스터입니다. 전기가 흐르면 1, 전기가 흐르지 않는 상태를 0으로 만듭니다. 즉, 0과 1의 이진법으로 연산을 하게 되는 것이죠. 우리는 이것을 1 비트라고 부릅니다. 이 비트를 모아 논리 회로를 구성하는 것이 컴퓨터의 원리입니다.

근데 컴퓨터가 점차 작아지기 시작했어요. 현재 트랜지스터는 14 나노미터로 바이러스보다 8배 작고 적혈구보다 500배 작다고 합니다.

컴퓨터의 연산 기본 단위인 트랜지스터가 계속 작아져서 원자만큼 줄어들면 전자들은 양자 터널 효과로 인해 통로를 그냥 통과해 버릴 수 있습니다.

그렇게 될 경우 0과 1을 식별하지 못하는 물리적인 한계에 부딪히는데, 이를 해결하기 위해 고안한 것이 양자의 속성을 적용한 양자 컴퓨터입니다

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3. 양자컴퓨터의 연산 단위 "큐비트"

양자 컴퓨터는 연산단위로 '큐비트'를 사용합니다. 양자의 세계에서 큐비트는 0이나 1이 아닌 동시에 두 가지 상태를 유지할 수 있고, 이것을 중첩(Superposition)이라고 표현합니다.

기존 컴퓨터와 비교를 해보자면 기존 연산 단위인 비트에서는 4개의 비트가 있다면 16가지 조합을 만들어낼 수 있는데, 큐비트에서는 16가지 조합이 동시에 가능해집니다.
조금 더 예를 들어보면, 큐비트가 20개만 있어도 100만 개에 달하는 값을 동시에 저장 가능합니다. (기존과의 차별적 포인트는 동시에 존재가 가능하다는 점입니다)

큐비트의 이런 속성을 얽힘(Entanglement)이라고 하는데요. 이 중첩과 얽힘을 활용한다면 클래식 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 효율적인 연산을 할 수 있는 것입니다.

 

 

4. 양자컴퓨터와 기존 컴퓨터의 차이점(강점)

양자 컴퓨터는 기존의 컴퓨터가 할 수 없는 것을 할 수 있습니다.

첫 번째, 소인수분해가 가능해져 기존 암호 체계의 파괴 가능

현재 컴퓨터 시스템이 가지는 비가역성(소인수분해가 되지 않는 점)을 통해서 보안 체계의 기초를 만들고 있는데요. 전문가들은 양자 컴퓨터가 기하급수적인 계산을 통해 현재의 암호 체계를 무력화할 수도 있다고 경고하고 있습니다. (비트코인의 암호 체계를 무력화한다는 이야기도 있습니다.)

 

두 번째, 동시 연산이 가능해 빅 데이터의 처리가 가능

그러나 잘 활용된다면 헬스케어, 신약 개발, 머신러닝, 자율주행 같이 엄청난 데이터를 처리해야 하는 영역에 효과적으로 적용할 수 있습니다. 모든 경우의 수를 하나씩 해봐야 하는 클래식 컴퓨터 대신 양자 컴퓨터는 모든 경우의 수를 한꺼번에 시도할 수 있다 때문이죠.
이 때문에 이미 양자 컴퓨팅 기술은 치열한 경쟁의 영역에 있습니다.

 

 

5. 아이온큐 기술 경쟁력

이제 이런 질문이 생길 수 있습니다. 아마존, 구글, IBM 등 글로벌 대표 기술 기업들이 모두 달려들고 있는데, 과연 아이온큐가 시장에서 우위를 가져갈 수 있을까?

사실 이 양자는 다루기가 매우 까다로운데요. 양자 컴퓨터의 대표적인 패러다임은 초전도 방식과 이온트랩 방식으로 나뉩니다.

아이온큐만의 독자적인 이온트랩 기술

구글과 IBM은 초전도 방식을 활용하는데요. 극 저온 상태의 냉장고에서 반도체와 같은 집적 회로 기술을 활용한 큐비티를 만드는 것이죠.
※ 초전도란 매우 낮은 온도에서 전기 저항이 0에 가까워지는 현상

반면 아이온큐가 사용하는 이온트랩 방식은 이트레듐이라는 원소를 레이저로 쏴서 이온을 가두는 방식입니다. 이러한 이온트랩 방식이 가지는 차별적 강점은 대표적으로 2가지가 있습니다.

1) 이 방식을 활용하면 상온에서도 양자 컴퓨터를 활용 가능
2) IC 칩에 찍어서 만든 큐비트가 아니기 때문에 소프트웨어로 가동 방식을 재구성할 수 있음

 

마무리하자면 전문가들은 양자 컴퓨터 업계가 이온트랩과 초전도 방식으로 경합을 벌이고 있지만 어느 쪽도 10년 안에 상용화되기는 어려울 것으로 보고 있습니다. 아직 시작 단계라고 할 수 있는 것이죠.

하지만 기술적 난제들을 해결할 수 있다면 앞으로 중요한 기술의 패러다임을 바꿀 수 있을 것으로 보입니다.

단순한 연산을 하는 커다란 기계 덩어리에서 100년도 안 되는 시간 동안 손안에 들어가는 작은 사이즈로 빠르게 발전해 온 기존 컴퓨터의 역사를 생각해 보면, 지금의 양자 컴퓨터 기술의 시작이 미약할지라도 얼마나 빠르게 급진적인 변화를 만들어갈지 기대되는 부분입니다.

 

다음 글(2편)에서는 '아이온큐의 시장 경쟁력', '아이온큐의 성장 전망' 등에 대해서 추가적으로 공유드릴 수 있도록 준비하겠습니다.