■ 방송 : CBS 라디오 <김현정의 뉴스쇼> FM 98.1 (07:10~09:00)
■ 진행 : 김현정 앵커
■ 대담 : 궤도 (과학 커뮤니케이터)
여러분 이제 정치 이야기 잠시 내려놓고 화제의 인터뷰로 가보겠습니다. 올해가 유엔이 정한 세계 양자과학기술의 해라는 거 알고 계십니까? 양자역학. 독일의 물리학자 베르너 하이젠베르크가 1925년에 양자 역학의 기초를 처음 정립했고요. 올해가 그로부터 딱 100년이 되는 해랍니다. 지난해 과학기술의 키워드가 AI였다면 올해는 양자 컴퓨터다, 이런 말이 나올 정도로 양자 역학, 양자 컴퓨터 기술이 주목받고 있는데 대체 그게 뭐길래 여러 나라 정부와 빅테크 기업들이 앞다퉈서 뛰어들고 있는 건지 오늘 화제의 인터뷰에서 쉽게 풀어보겠습니다. 구독자 125만 명의 유튜버이자 과학 커뮤니케이터 궤도와 함께합니다. 궤도 님, 어서 오세요.
◆ 궤도> 안녕하세요. 반갑습니다.
◇ 김현정> 진짜 반갑습니다. 저는 과학을 하나도 몰라서 좀 과학적으로 뭔가 궁금한 게 생기고 어렵고 이러면 궤도님의 그 유튜브를 찾아보고 막 그랬거든요.
◆ 궤도> 고맙습니다.
◇ 김현정> 그래서 이 분이면 쉽게 알려줄 거다라는 믿음으로 오늘 초대했습니다.
◆ 궤도> 시간이 충분해야 되는데 시간이 너무 짧아요. 라디오가.
◇ 김현정> 그 짧은 시간 안에 쉽게 설명해 주시는 게 능력이시잖아요.
◆ 궤도> 최선을 다해 보겠습니다.
◇ 김현정> 양자역학. 양자, 양자역학, 양자컴퓨터. 도대체 이게 뭔지 일단 풀어보죠.
◆ 궤도> 일단 양자역학, 양자부터 설명을 드리면 보통 에너지의 최소량의 단위라고 보는데 쉽게 설명하면 더 이상 나눠질 수 없는 가장 작은 단위다. 그래서 작은 세계로 들어가면 우리가 사는 현실 세계랑은 완전히 동떨어진 일들이 벌어져요. 그래서 우리가 예를 들어서 빛 같은 경우가 아주 작은 세계로 가면 파동처럼 퍼지는데 또 입자처럼 행동하기도 하고 그러니까 이런 이중적인 성질을 가진 존재를 양자라고 많이 하는데. 아주 작은 입자라고 보시면 될 것 같아요.
◇ 김현정> 그러니까 우리가 상상도 못 할 정도로 쪼개고 쪼개고 쪼개면 이게 이것 같기도 하고 저것 같기도 하고 막 이런 애가 된다.
◆ 궤도> 그러니까 현실과는 아예 다른 행동을 해요. 그러니까 우리가 지금까지 자연을 설명하던 방식을 아주 작은 세계에 적용했더니 아예 안 맞으니까 어떡하지? 그래서 양자역학이라는 새로운 학문이 등장을 합니다.
◇ 김현정> 어떡하지 해서.
◆ 궤도> 아예 말이 안 돼요. 순간 이동도 가능해지고 그러니까 우리는 이해할 수 없죠.
◇ 김현정> 그렇군요. 그게 양자다.
◆ 궤도> 그게 양자역학이다.
◇ 김현정> 양자역학이다. 그러면은 양자컴퓨터는 그 양자역학의 원리를 이용한 컴퓨터가 되는 건가요?
◆ 궤도> 양자역학의 중첩이랑 얽힘이라는 원리를 사용하는 차세대 컴퓨터라고 보시면 돼요.
◇ 김현정> 중첩이라는 단어가 이 양자컴퓨터 설명하는 데 있어서 되게 중요하던데.
◆ 궤도> 맞아요.
◇ 김현정> 그건 어떤 의미예요?
◆ 궤도> 사실 중첩이라는 단어 자체가 중첩이라고 쓰기도 애매해요. 그러니까 우리는 중첩이라는 게 보통 두 가지가 겹쳐져 있다.
◇ 김현정> 그렇죠.
◆ 궤도> 그런 거잖아요. 그럼 예를 들어서 짜장면, 짬뽕 얘기를 들면 예를 들어 짜장면을 시켰어요. 그러면 짜장면과 짬뽕이 중첩돼서 배달이 왔다. 이거는 어떻게 설명합니까?
◇ 김현정> 그거 못 먹죠.
◆ 궤도> 이거는 사실은 현실에 존재하지 않잖아요.
◇ 김현정> 존재하지 않죠.
◆ 궤도> 둘 중에 하나가 들어왔는데 우리가 열었을 때 이게 짜장면일 수도 있고 짬뽕일 수도 있고 그러니까 보통 우리가 중첩을 이해할 때 짜장면이냐 짬뽕이냐 둘 중에 하나겠지, 이런 확률적으로 이해를 하는데 그게 아니라 짜장면이면서 짬뽕인 게 배달이 와요.
◇ 김현정> 짜장면이면서 짬뽕인 거.
◆ 궤도> 이거는 열기 전까지는 짜장면이면서 짬뽕이에요. 둘 중에 하나가 이미 들어 있는 걸 우리가 모르는 상황이 아니라 둘이 중첩이 돼 있고 그런데 여는 순간 둘 중에 하나로 결정이 됩니다.
◇ 김현정> 올 때는 그 두 가지가 중첩이 돼서 오는데 여는 순간 먹을 수 있는 어떤 것으로?
◆ 궤도> 둘 중에 뭔지 모르지만.
◇ 김현정> 뭔지는 모르지만.
◆ 궤도> 그런데 그렇다고 해서 그건 확률적으로 뭐가 어떻다가 아니라 실제로 둘 다 같은, 중첩이 돼 있는 거예요. 그런데 이게 현실에서는 존재하지가 않잖아요.
◇ 김현정> 존재하지 않죠.
◆ 궤도> 짬짜면이 오는 것도 아니고.
◇ 김현정> 그렇죠. 그렇죠.
◆ 궤도> 그러니까 어려운 거예요. 그런데 우리가 현실에서 표현할 수 있는 방법이 중첩이라는 단어밖에 없기 때문에 중첩이라고 쓰는 거죠.
◇ 김현정> 이제 그 중첩의 원리를 가진 양자컴퓨터가 그럼 뭐가 좋은 거예요? 얘가 뭐가 대단한 거예요?
◆ 궤도> 그러니까 지금의 컴퓨터가 0과 1, 이진수로 이루어져 있잖아요.
◇ 김현정> 맞아요.
◆ 궤도> 그래서 이거를 비트라는 걸로 사용해서 처리를 합니다.
◇ 김현정> 그렇죠.
◆ 궤도> 그래서 0이냐 1이냐, 어떤 선택지를 할 때 이게 예스, 노, 예스, 노 하면 1, 0, 1, 0 해서 모든 명령을 기계가 처리를 해요. 이해를 하고.
◇ 김현정> 그러니까 우리가 현실 세계에서는 10진법을 쓰는데 그렇죠. 이 컴퓨터들은 이진법 쓰니까 되게 빨리빨리 계산하는 거잖아요.
◆ 궤도> 이진법을 쓰는 게 빨리빨리도 있지만 중요한 게 우리 김밥 뭐뭐 이런 가게를 가면 메뉴가 너무 많잖아요.
◇ 김현정> 많아요.
◆ 궤도> 메뉴가 너무 많게 되면 오류가 많이 납니다. 하지만 메뉴가 딱 2개다. 예를 들어 김밥, 라면 둘 중에 하나면 오류가 안 납니다. 그래서 이진법을 쓰는 게 오류를 줄이려고. 그런데 어쨌든 이 0, 1을 쓰는데 그 양자컴퓨터는 비트가 아니라 큐비트를 써요.
◇ 김현정> 큐비트.
◆ 궤도> 큐비트. 얘는 0과 1이 아까 짜장면, 짬뽕처럼 중첩돼 있어요.
◇ 김현정> 여기서 짜장면, 짬뽕이 나오는 거네.
◆ 궤도> 그러니까 예스, 노, 예스, 노 따라가는 게 아니라 예스와 노를 같이 갖고 있는 상태로 병렬로 계산을 해버리니까 속도가 압도적으로 빨라지죠.
◇ 김현정> 그러면 우리가 AI 컴퓨터, AI 얘기를 지난해에 엄청 했잖아요. 얘가 계산하면 엄청 빨리 계산한다. 그래서 무슨 반도체 칩을 이용해서 이게 이렇게 12단으로 쌓고 뭘로 쌓고 그래서 한 번에 계산, 그냥 컴퓨터와 AI 컴퓨터의 차이는 알겠는데 그럼 AI 컴퓨터와 이 양자역학컴퓨터는 또 어떻게 차이가 납니까?
◆ 궤도> 결국 AI 컴퓨터는 AI 칩을 이용한 겁니다. 그러다 보니까 이거는 결국은 굉장히 똑똑하고 빠르고 효율이 좋은 칩을 만들어 낸 거예요. 아주아주 복잡한 연산 능력, 아주아주 복잡한 연산을 잘하는 칩을 만든 거고 거기에 특화된 칩을 만든 거고 역시나 같은 방식의 고전 컴퓨터 방식인 거죠. 그런데 양자 컴퓨터는 그런 방식이 아예 아닌 거예요. 그러니까 얘가 복잡한 연산을 얼마나 빠르게 할 수 있느냐가 중요한 게 아니라 그냥 중첩 상태에서 계산을 하니까 여러 개의 경우의 수를 동시에 계산합니다.
◇ 김현정> 이거이면서 저거이고.
◆ 궤도> 이거를 쉽게 설명을 하자면 조금 과장된 설명인데 우리가 길 찾는 문제라고 쳐요. 그러면 예를 들어 여기서부터 현정 님 집까지 가는 거리 방법이 10개가 있어요. 그럼 10개의 길을 다 가봐야 최단 거리인 게 나오잖아요.
◇ 김현정> 그렇죠. 그렇죠.
◆ 궤도> 예를 들어 7번 방법이 제일 짧다. 그럼 일단 10개까지 다 가봐야 7번 방법이 제일 짧구나, 최단 시간이구나를 알 수 있어요. 이게 고정 컴퓨터 방식입니다. 그런데 양자컴퓨터는 10개의 길을 동시에 출발해요. 그럼 7번 방법이 도착하는 순간 계산이 끝납니다. 한 번의 계산으로 끝나는 거예요. 왜냐하면 제일 최단 시간이니까 도착하는 순간 얘가 제일 짧은 거잖아요. 그럼 그 순간 계산이 끝나버리는 거예요. 그럼 예를 들어 10개의 방법이면 그렇게 차이가 많이 안 나겠지만 1억 가지 방법이 있다 치면.
◇ 김현정> 예를 들어서 이 목동에서 저희 집까지가 아니라 스톡홀름에서 LA까지, 이러면 엄청나게 많은.
◆ 궤도> 경우의 수가 예를 들어 1억 가지다. 그러면 고정 컴퓨터는 1억 번의 연산을 해야 됩니다.
◇ 김현정> 그렇죠.
◆ 궤도> 이 속도가 빨라지면 AI 칩같이 굉장히 효율적인 연산을 할 수 있는데 양자컴퓨터는 단 한 번의 계산으로 끝나는 거죠.
◇ 김현정> 동시에 출발하는 거군요. 10억 개가 동시에.
◆ 궤도> 그러면 예를 들어 어떤 특정한 문제들은 굉장히 빠르게 처리할 수 있죠. 왜냐하면 1억 번의 계산을 하지 않으니까.
◇ 김현정> 제가 어떤 얘기를 들었냐면 어떤 문제를 푸는데 10에 24승 년, 그러니까 years. 10에 24승 년이 드는, 그 정도 시간이 드는 컴퓨터로 하면 그 정도 문제를 이 양자 컴퓨터한테 돌리면 5분 안에 끝낸다.
◆ 궤도> 맞아요.
◇ 김현정> 그 정도예요?
◆ 궤도> 그게 그런 거죠. 그게 그런 비슷한 어떤 예시인 건데 그래서 굉장히 대단한 거고 구글에서 발표한 양자컴퓨터가 이걸 양자 우월성을 입증한 사례예요. 양자 우월성이라고 보통 말을 하는데 윌로우라는 새로운 양자칩을 만들어냈습니다.
◇ 김현정> 구글에서?
◆ 궤도> 예전에 시카모어라는 칩이 나왔었고 그때 양자 컴퓨터의 가능성을 보여줬었는데 이번에 윌로우가 오류율을 굉장히 줄였어요. 이게 획기적입니다. 양자컴퓨터가 기본적으로 중첩돼 있어야 되기 때문에 큐비트가 굉장히 불안정해요. 얘네가 잘못 딱 건드리면 바로 깨져버려요. 중첩이. 중첩이 깨지는 순간 얘는 계산을 할 수 없는 거죠. 그리고 외부 간섭으로 인해서 오류가 많이 납니다. 이거를 줄이려고, 이거를 줄이는 게 상용화의 핵심인데 그걸 줄이려는 노력을 많이 했었는데 이 윌로우가 재미있는 게 큐비트 수를 늘릴수록 오류율을 감소시킬 수 있는 구조를 만들어서 양자컴퓨터의 오류를 줄인다는 과제를 어느 정도 해결했다라고 보는 거죠.
그래서 이 방식은 좀 복잡한데 큐비트 3개를 모아서 논리 큐비트를 만들어요. 하나를. 그럼 얘네가 오류를 일으켜도 나머지 큐비트가 이거를 좀 보정을 해 줍니다. 오류를 감지하고 약간 교정을 해주고 혹은 어디서 오류가 났는지를 바로 알려주고. 그래서 예전에 양자 컴퓨터는 단독 플레이였으면 지금은 팀플레이를 만들었다. 굉장히 재미있는 혁신이죠.
◇ 김현정> 서로서로 보완하면서.
◆ 궤도> 그렇죠.
◇ 김현정> 제가 그러니까 여러분 이 양자역학이라는 게 나온 게 100년 됐다고 그랬잖아요. 그동안에도 왜 이거를 개발을 안 했겠습니까? 연구 엄청 많이 했는데 제가 봤던 장면은 뭐냐면 어마어마어마하게 커요.
◆ 궤도> 맞아요.
◇ 김현정> 컴퓨터가 막 집채만 하게 크고 그런 이유가 말씀하신 대로 중첩 상태를 유지해야 되기 때문에 얘네를 건드리지 못하게 그 환경을 유지해 주느라고 그 테두리를 갑옷처럼 그렇게 쌌다고 들었거든요.
◆ 궤도> 실험실 레벨에서 한두 개를 중첩시키는 것도 굉장히 어려웠었는데 그게 한두 개로는 안 돼요. 훨씬 더 많은, 수천 개가 중첩이 돼야 되니까 그래야 의미 있는 계산을 할 수 있으니까.
◇ 김현정> 그러니까 커다랗게 그 환경을 유지하려다 보니까 이게 실용화가 안 됐던 건데 그럼 작년에 구글이 만든 이 윌로우라는 애는 그런 걸 아주 줄인 콤팩트하게 줄인 거예요?
◆ 궤도> 그런데 그 부분은 아직도 해결할 부분이긴 해요. 일단은 하나하나 지금 해결할 과제들을 풀고 있는 건데 윌로우는 일단 오류율을 낮췄다.
◇ 김현정> 오류율을 낮췄다.
◆ 궤도> 오류가 굉장히 많이 발생하는데 그걸 낮췄다, 그런 거죠.
◇ 김현정> 알겠습니다. 그러면 양자컴퓨터의 어떤 단점이라든지 이런 건 뭐가 있을까요? 한계는.
◆ 궤도> 일단은 특정 문제에만 특화됐다라는 게 있어요. 그래 갖고 예를 들어서 일단은 강점 같은 경우에는 특화된 문제를 굉장히 잘 푼다.
◇ 김현정> 예를 들면 어떤 거요?
◆ 궤도> 예를 들면 신약 개발할 때 너무 중요하잖아요. 신약 개발 우리랑 밀접하니까.
◇ 김현정> 신약 개발 중요하죠.
◆ 궤도> 분자 구조를 시뮬레이션을 해야 되는데 이게 굉장히 복잡합니다. 그래서 이거를 신약 개발할 때 분자 구조 시뮬레이션 설계하는 시간을 굉장히 줄여줄 수 있고 기존의 컴퓨터로는 굉장히 계산이 오래 걸리는, 예를 들어서 재료공학에서 합금이나 배터리를 만드는데 이때도 복잡한 계산이 많이 들어가요. 이거를 시간을 굉장히 줄여줄 수 있고 왜냐하면 전부 경우의 수 싸움이니까.
◇ 김현정> 경우의 수.
◆ 궤도> 또 금융 분야에서 투자 리스크 관리나 최적화 문제, 이런 것도 굉장히 잘합니다.
◇ 김현정> 그렇겠네요.
◆ 궤도> 방대한 데이터, 데이터가 엄청나게 많을 때는 결국은 굉장히 많은 연산을 해야 되는데 거기서 실시간으로 분석하고 최적화된 전략을 제시하는 것도 굉장히 잘하고 또 인공지능이랑 또 접목이 되면 그 양자 머신러닝을 통하면 기존의 데이터 분석보다 훨씬 효율적으로 정밀한 처리도 가능해지고 또 기후 같은 경우도 기후는 우리가 지구 전체 데이터를 봐야 돼요. 이것도 일반 컴퓨터로는 해결할 수 없는 막대한 데이터인데.
◇ 김현정> 슈퍼컴이라고 해도 오래 걸리는데.
◆ 궤도> 슈퍼컴도 오래 걸리고 인공지능이 결합돼서 지금 많이 해결하고 있는데 그것도 더 복잡하게 기후 모델링을 하려면 결국 너무 많은 변수가 들어가고 역시나 양자 컴퓨터가 좀 필요하지 않을까라는 고민을 하고 있는 거죠.
◇ 김현정> 갑자기 드는 생각, 암호 해독도 하겠는데요, 얘가. 경우의 수를 이렇게 순식간에 막 다 해버린다면.
◆ 궤도> 그것도 굉장한 지금 위기를 주죠. 왜냐하면 말씀하신 것처럼 단점을 말씀드리면 오류율, 일단 이거 지금 굉장히 고민이 많아요. 왜냐하면 외부 자극 줄여야 되니까 그러다 보니까 하드웨어도 굉장히 복잡합니다. 말씀하신 것처럼 굉장히 특수한 실험실을 갖춰야 되고 거대해져야 되고 그다음에 모든 문제를 풀 수 있는 건 아니다. 이런 문제들이 있는데 어쨌든 그런 것들을 다 감안했을 때도 사실은 우리가 얻을 수 있는 게 많긴 하니까. 그래서 양자컴퓨터를 연구하고 있는 거고.
◇ 김현정> 그렇군요. 그렇게 100년을 연구하다가 구글이 지난해에 조금 전 설명하신 윌로우라는 걸 장 착한 컴퓨터를 개발하면서 야, 이제 됐다. 이제 정말 완전 새로운 패러다임이 열리는 거야라고 하면서 올해는 양자 컴퓨터의 해다라고들 많은 전 세계 언론이 썼는데 그런데 며칠 전에 젠슨 황이 NVIDIA의 젠슨 황이 그게 무슨 소리야 아니야 30년은 더 걸려요. 이 소리 하는 바람에 그 양자 컴퓨터 관련된 주식들이 막 대폭락하고 이랬거든요. 어떻게 보세요?
◆ 궤도> 제가 좀 조심스럽긴 한데 저도 이번에 라스베이거스에 가서 젠슨 황 님 기조 강연을 들었습니다.
사진=연합뉴스◇ 김현정> 그러셨어요.
◆ 궤도> 그런데 이분이 워낙에 또 훌륭하신 분이고 설득력 있는 말씀을 많이 하시니까 이것 때문에 주식 시장도 흔들렸잖아요. 그래서 좀 조심스럽긴 하지만 아무도 미래를 알 수 없지 않을까, 누구도 미래를 알 수 있는 건 아니니까 실제 연구하시는 분들 같은 경우도 좀 여쭤보면 가까운 미래에 상용화는 좀 부정적인 분들도 계세요. 그런데 지금 젠슨 황 NVIDIA라는 기업이 원래는 그래픽 카드 만들던 기업입니다.
◇ 김현정> 그렇죠. 그렇죠.
◆ 궤도> 그러다가 AI 대표 기업이 된 게 지금으로부터 13년 전에 토론토 대학의 제프린튼이라는 과학자가 그래픽 처리에만 쓰이던 GPU를 AI랑 접목하니까 엄청난 이미지 인식 기술이 만들어지더라라는 걸 보여주면서 시작됐어요.
◇ 김현정> 맞아요.
◆ 궤도> 이 제프린튼이 작년에 노벨 물리학상을 받았죠. 그런데 이걸 보면 GPU가 13년 만에 AI 분야에서 대세가 될 거라는 것을 과연 누가 예측할 수 있었을까. 그러면 젠슨 황 님도 아마도 13년만 이렇게 될 줄 알았을까? 그러니까 누군가가 무언가를 보여주는 순간 과학기술은 도약을 합니다. 그러니까 사실 이게 절대 안 된다. 그리고 재미있는 게 과학에서 절대 안 된다라는 것들이 많이 이루어졌어요.
◇ 김현정> 맞아요. 맞아요. 20년, 30년 이건 단언할 수 없다.
◆ 궤도> 그렇죠. 그러니까 이거를 누구도 예측할 수는 없다.
◇ 김현정> 댓글에 이런 게 지금 나오고 있어요. 아까 그 엄청난 경우의 수를 순식간에 풀어내기 때문에 양자 컴퓨터가 나오면 비트코인도 암호 해독이 금방 이루어지고 비트코인의 가치가 0원이 되는 거 아니냐? 이게 실제 가능한 일입니까?
◆ 궤도> 이게 짧은 미래에는 걱정할 필요가 없는데 충분히 양자 컴퓨터가 발전하면은 아마 비트코인이나 블록체인 같은 이런 암호 기반 시스템이잖아요, 다. 이게 좀 위험해질 가능성도 고려를 할 수 있다. 왜냐하면 블록체인의 보안 구조가 소인수 분해나 이산로그 문제 같은 수학적으로 매우 어려운 문제를 기반으로 해요. 그런데 이거를 이게 순방향은 굉장히 쉬운데 역방향이 어려운 그 비대칭 구조, 비대칭 암호 체계를 활용하는 거거든요. 이게 쉽게 말해서 어떤 거냐면은 자물쇠를 열쇠로 열어서 열쇠를 던져버리는 건 쉽잖아요.
◇ 김현정> 쉽죠.
◆ 궤도> 그런데 열쇠 더미에서 여기에 맞는 열쇠를 찾아내서 여는 건 되게 어려워요.
◇ 김현정> 어렵죠.
◆ 궤도> 그러니까 잠그는 건 쉽지만 여는 건 어렵게. 이게 지금의 암호예요. 왜냐면은 그래야지 우리가 거래를 할 때 쉽게 잠가서 던지면 그쪽에서 아무나 못 푸니까 우리가 어떤 걸 줘야지 풀 수 있는 거잖아요. 그런데 이렇게 하는 게 암호화는 쉬우나 복호화가 어렵게 해놓은 건데 이 기존 컴퓨터로는 복호화가 수백만 년이 걸리는데 양자 컴퓨터는 이 복호화를 할 수 있어요. 그러니까 특수 알고리즘이 있다 보니까 쉽게 풀 수 있어서 이것 때문에 아마 좀 깨지지 않을까, 그런 이야기가 있는 거죠. 여기서 쇼어 알고리즘이나 이런 얘기를 드리면 너무 좋은데 시간이 없습니다.
◇ 김현정> 여기서 끝내면 우리가 너무 아쉬울 것 같은데 끝나고 한 5분만 유튜브로 괜찮으세요? 시간 5분 정도 괜찮으실까요?
◆ 궤도> 그럼요. 그럼요.
◇ 김현정> 그럼 5분 정도 더 설명을 좀 듣고 갔으면 좋겠습니다. 지금 질문이 양자 컴퓨터 세계에 처음 들어오신 분들한테 쏟아지고 있거든요.
◆ 궤도> 죄송합니다. 시간이 없습니다.
◇ 김현정> 본방송은 여기까지 기본적인 내용들 짚어드렸고요. 한 5분 정도만 더 우리 궤도 님과 함께 양자 컴퓨터 세계로 가보겠습니다. 오늘 고맙습니다.
◆ 궤도> 고맙습니다.
※ 내용 인용 시 CBS <김현정의 뉴스쇼> 인터뷰 내용임을 밝혀주시기 바랍니다.