양자컴퓨터는 1982년 물리학자 리처드 파인만이 최초로 아이디어를 낸 이후 꾸준히 개발이 이뤄져 왔다. 때문에 현재로서는 미래형 컴퓨터 중 실용화 가능성이 가장 높다.

양자컴퓨터를 구현하는 방법에는 여러가지가 있지만 지금까지 가장 많은 연구가 이뤄진 기술은 ‘핵자기공명(NMR)’방식이다. 분자의 핵을 정보처리 단위인 큐비트로 사용하고, 핵자기공명 기법을 적용해 양자의 상태를 제어하는 기술이다. 미국 IBM은 이런 방식으로 7큐비트 양자컴퓨터를 개발,2의 7제곱(128)개의 연산을 동시에 수행하는 수준까지 이르렀다.

한국과학기술원(KAIST) 물리학과 이순칠 교수도 2001년 3큐비트 양자컴퓨터 제작에 성공했다. 그러나 큐비트간 상호작용 등에서 아직은 한계가 많은 상황이다.

복잡한 신기술을 쓰지 않고 지금의 반도체 기술을 그대로 적용하는 방법도 연구되고 있다. 기존 반도체를 이용할 경우 큐비트 수에 제한을 받지 않기 때문이다. 다만 반도체 소자의 크기를 나노미터(1㎚=10억분의 1m) 수준으로 줄여야 하고, 절대온도 1도(영하 272.15도) 이하의 환경이 요구되는 등 걸림돌이 있다. 서울시립대 전자전기컴퓨터공학부 안도열 교수는 최근 기존 반도체 집적기술을 이용한 1큐비트 양자컴퓨터를 내놓았다.

양자컴퓨터는 물리학, 화학, 생물학 등 기초학문뿐만 아니라 엄청난 양의 정보를 검색·분석해야 하는 기상예측과 신약개발 등의 분야에서도 응용될 것으로 보인다.

양자컴퓨터의 상용화에 대해 우려하는 목소리도 나오고 있다. 인터넷을 통해 전세계가 하나로 묶이면서 암호 등 보안의 중요성이 커지고 있지만 초고속 연산능력을 지난 양자컴퓨터가 개발되면서 기존 보안장치들이 쓸모없게 될 수 있는 탓이다. 특히 현재까지 개발된 가장 강력한 보안시스템인 ‘공개키 암호’(RSA) 체계조차 무용지물이 될 수 있을 것으로 보인다.

복잡한 소인수분해 관련기술을 적용한 RSA는 현재 인터넷과 신용카드, 온라인뱅킹은 물론 기업이나 국방·외교의 기밀을 보장하는 데 두루 활용되고 있지만 양자컴퓨터는 소인수분해를 쉽게 풀 수 있다. 이 경우 전세계 인터넷, 금융기관 등의 암호체계에 대한 전면 개편이 불가피하다.

장세훈기자 shjang@seoul.co.kr