지난 다섯 번의 글을 통해 양자 컴퓨팅의 경이로운 원리와 AI, 신약 개발, 금융 등 산업 전반에 걸쳐 가져올 혁명적인 변화에 대해 주로 살펴보았습니다. IBM, 구글, 아이온큐(IonQ)와 같은 선두 기업들의 로드맵은 분명 ‘장밋빛 희망’을 그리기에 충분했습니다.
주요 기업들에 대한 소개글을 복습해보시죠
하지만 이 ‘궁극의 기술’이 우리 손에 쥐어지기까지의 여정은 결코 순탄하지 않습니다. 우리가 지금까지 논의한 잠재력은, 사실상 인류가 극복해야 할 거대한 기술적, 윤리적 산맥의 반대편에 있는 ‘약속의 땅’과 같습니다.
이번 글에서는 그동안의 낙관적인 전망에서 한 걸음 물러나, 양자 컴퓨팅이 넘어야 할 냉철한 현실의 장벽들을 하나씩 짚어보겠습니다. 이 기술적 한계와 사회적 딜레마를 이해하는 것이야말로 진정한 투자자와 분석가의 시각일 것입니다
1. 넘어야 할 거대한 기술적 장벽
현재 우리가 ‘양자 컴퓨터’라고 부르는 기기들은 대부분 ‘NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum)’ 단계에 머물러 있습니다. 이는 ‘오류가 많고(Noisy) 중간 규모(Intermediate-Scale)’라는 뜻으로, 현재의 기술적 한계를 명확히 보여주는 용어입니다.
1) 가장 근본적인 숙제: 큐비트 오류와 ‘결맞음 상실’
지난 글에서 큐비트가 0과 1의 상태를 ‘중첩’한다고 설명했습니다. 이 중첩 상태는 ‘결맞음(Coherence)’이라는 극도로 민감하고 깨지기 쉬운 상태 위에서만 유지됩니다.
- 기술적 한계: 큐비트는 미세한 온도 변화, 진동, 전자기장 노이즈 등 외부의 아주 작은 ‘간섭’만으로도 이 결맞음 상태를 잃어버리고(Decoherence), 양자적 중첩이 붕괴되어 고전적인 0 또는 1로 ‘결정’되어 버립니다.
- 문제점: 이는 양자 계산 과정에서 심각한 ‘오류’를 발생시키는 주범입니다. 현재의 큐비트들은 이 결맞음 상태를 1초는커녕 1만 분의 1초도 유지하기 어렵습니다. IBM, 구글 등이 현재 개발 중인 ‘논리 큐비트(Logical Qubit)’는, 이처럼 오류투성이인 ‘물리 큐비트(Physical Qubit)’ 수천 개를 묶어 오류를 실시간으로 보정하는 1개의 완벽한 큐비트를 만들겠다는 개념이지만, 이는 상상 이상으로 어려운 기술입니다.
- NISQ 에 대해 잘 설명된 기사가 있는데 참고해보시죠
2) ‘숫자’의 함정: 큐비트 확장성(Scalability)의 제약
언론에서는 ‘100 큐비트 돌파’, ‘1000 큐비트 로드맵’ 등 큐비트의 ‘개수’를 강조합니다. 하지만 양자 컴퓨팅의 진짜 난관은 큐비트의 개수를 늘리는 것보다, 그 늘어난 큐비트들을 ‘서로 간섭 없이 제어하고 연결’하는 것입니다.
- 기술적 한계: 큐비트가 100개에서 200개로 늘어날 때, 우리가 제어해야 하는 상호작용의 복잡도는 단순히 2배가 아니라 지수(Exponential) 수준으로 증가합니다. 큐비트들이 서로 복잡하게 ‘얽힘(Entanglement)’ 상태를 유지하면서도, 외부 노이즈나 옆 큐비트의 간섭은 완벽히 차단해야 하는 모순적인 상황을 해결해야 합니다.
3) 거대하고 어려운 유지보수: 극저온 냉각의 한계
현재 IBM과 구글이 주도하는 ‘초전도(Superconducting)’ 큐비트 방식은 큐비트가 양자 상태를 유지하기 위해 절대 0도(영하 273.15℃)에 가까운 극저온 환경을 요구합니다.
- 기술적 한계: 이 환경을 구현하기 위해서는 ‘희석 냉동기’라는 거대한 특수 냉각 장치가 필요합니다. 이 장치는 건물 몇 층 크기에 달하며, 엄청난 전력을 소모하고 유지보수 비용도 천문학적입니다.
- 문제점: 이는 양자 컴퓨터가 개인용 PC는커녕, 일반 기업의 데이터 센터에 도입되기도 어렵게 만드는 심각한 물리적, 비용적 장벽입니다. (물론 아이온큐(IonQ)의 이온 트랩 방식은 상온에 가깝게 작동하지만, 현재 주류 방식은 이 한계에 직면해 있습니다.)
4) ‘하드웨어’만큼 어려운 ‘소프트웨어’ 개발
설령 위 세 가지 문제를 해결하여 완벽한 양자 하드웨어를 만들었다고 가정해 봅시다. 이 컴퓨터를 효율적으로 활용할 ‘소프트웨어’가 없다면 무용지물입니다.
- 기술적 한계: 양자 컴퓨팅은 고전 컴퓨터와 작동 원리가 완전히 다릅니다. 따라서 ‘쇼 알고리즘’이나 ‘그로버 알고리즘’처럼 양자 컴퓨터의 특성을 100% 활용할 수 있는 ‘양자 알고리즘’의 개발은 극도로 어렵습니다.
- 문제점: 우리는 수십 년간 고전적 논리(0과 1)로 프로그래밍해 온 개발자들에게, ‘중첩’과 ‘얽힘’이라는 양자역학적 논리로 사고하는 새로운 프로그래밍 언어와 운영체제(OS)를 가르쳐야 합니다. 이 소프트웨어와 인력의 부재는 상용화의 가장 큰 병목 중 하나입니다.
2. 기술을 넘어선 사회적 딜레마
만약 인류가 앞서 언급한 모든 기술적 한계를 기적적으로 극복하고, 강력한 ‘오류 내성 양자 컴퓨터(Fault-Tolerant Quantum Computer)’를 손에 쥐게 되었다고 가정해 봅시다. 과연 그 세상은 모두에게 유토피아일까요? 안타깝게도, 이 기술은 AI가 가진 윤리적 문제와는 비교할 수 없을 만큼 거대하고 근본적인 사회적 딜레마를 안고 있습니다.
1) ‘양자 우위’가 아닌 ‘양자 패권’의 문제
‘양자 우위(Quantum Supremacy, 또는 Quantum Advantage)’는 특정 문제에서 양자 컴퓨터가 기존 슈퍼컴퓨터를 능가하는 기술적 분기점을 의미하는 용어입니다. 하지만 이 용어는 순식간에 ‘양자 패권(Quantum Hegemony)’이라는 지정학적, 군사적 경쟁으로 변질되었습니다. 지금 미국 vs 중국, 여러 빅테크 기업들간에 AI 패권, 반도체 패권을 차지하기 위해, 경제적인 경쟁은 물론 지정학적인 경쟁까지 불사할 정도로 치열한 경쟁을 하고 있는 것을 볼때, AI 보다 파급력이 클 수 있는 양자 패권을 차지하기 위해 얼마나 큰 이슈가 발생할지 벌써 걱정이 됩니다.
- 사회적 문제: 만약 특정 국가(예: 미국 또는 중국)나 특정 기업(예: 구글)이 전 세계에서 유일하게 강력한 양자 컴퓨터를 독점하게 된다면 어떻게 될까요? 이는 핵무기 개발 경쟁과 비견될 만큼, 혹은 그 이상의 힘의 불균형을 초래합니다. 이 ‘양자 패권’을 쥔 국가는 타국의 모든 암호 체계를 무력화시킬 수 있으며, 경제, 금융, 군사 모든 분야에서 압도적인 우위를 점하게 될 것입니다.
2) 국가 안보와 개인정보 보호의 총체적 붕괴
이전 글(PQC 관련)에서 이미 다루었지만, 이 문제는 아무리 강조해도 지나치지 않습니다.
- 사회적 문제: ‘쇼 알고리즘’이 상용화되는 순간, 현재 우리가 사용하는 RSA, ECC 등 공개키 암호 체계는 모두 무력화됩니다. 이는 단순히 인터넷 뱅킹이 위험해지는 수준이 아닙니다.
- 국가 안보: 국가의 1급 기밀, 외교 전문, 군사 작전 계획이 실시간으로 해독됩니다.
- 개인정보 보호: 우리의 모든 이메일, 메신저 대화, 의료 기록, 금융 정보가 더 이상 비밀이 아니게 됩니다.
- HNDL (Harvest Now, Decrypt Later): “지금 당장 수집하고, 나중에 해독한다”는 시나리오가 현실이 됩니다. 지금 이 순간에도 적대 세력은 우리의 암호화된 기밀 데이터를 통째로 수집하고 있으며, 10년 뒤 양자 컴퓨터가 완성되면 이 모든 것을 열어볼 것입니다.
3) AI와는 다른 차원의 ‘일자리 감소’
AI가 주로 반복적이거나 패턴화된 업무를 대체한다면, 양자 컴퓨팅은 인류 지성의 최전선에 있는 고급 두뇌 노동을 대체할 잠재력을 가집니다. 양자 컴퓨팅 기술을 개발하고 발전시키기 위해 노력해온 고급 인재들의 역할을 양자 컴퓨팅이 대체할 수 있다는 아이러니가 발생할 수 있습니다.
- 사회적 문제: 양자 컴퓨터는 신약 개발, 신소재 설계, 복잡한 금융 모델링 등 현재 최고의 석학들이나 전문가 집단이 수행하는 ‘시뮬레이션’과 ‘최적화’ 영역에서 인간을 압도할 것입니다.
- 영향: 이는 월스트리트의 최고급 금융 분석가(Quant), 제약 회사의 핵심 화학 연구원, 공장의 복잡한 공급망 관리 전문가 등 고소득 전문직의 일자리를 위협할 수 있습니다. 이는 AI가 초래할 고용 충격과는 또 다른 차원의 사회적 파장을 일으킬 것입니다.
4) 극복 불가능한 ‘기술 불평등’ 심화
양자 컴퓨터는 PC나 스마트폰처럼 대중화될 수 있는 기술이 아닙니다. 앞서 언급했듯, 극저온 냉각 장치와 막대한 유지보수 비용 때문에 초기 양자 컴퓨터는 몇몇 국가와 거대 기업의 전유물이 될 것입니다.
- 사회적 문제: ‘양자 컴퓨터를 가진 자’와 ‘가지지 못한 자’ 사이의 격차, 즉 ‘양자 격차(Quantum Divide)’가 발생할 것입니다.
- 영향: 신약 개발, 기후 변화 해결, 청정에너지 개발 등 양자 컴퓨팅이 가져올 혜택이 이 기술을 소유한 소수에게만 집중될 수 있습니다. 개발도상국이나 중소기업은 이 새로운 기술 혁명에서 완벽하게 소외되어, 전 지구적인 불평등이 지금과는 비교할 수 없을 정도로 심화될 수 있습니다.
3. 결론: ‘만들 수 있는가’를 넘어 ‘어떻게 맞이할 것인가’
지난 여섯 편의 글을 통해 살펴본 양자 컴퓨팅은 분명 인류 역사상 가장 강력한 ‘양날의 검’입니다. 이는 모든 질병을 정복할 열쇠이자, 모든 비밀을 파괴할 무기이기도 합니다.
우리는 큐비트의 오류를 잡기 위한 물리학자들의 노력(기술적 한계)과 동시에, 이 기술이 가져올 사회적 혼란을 최소화할 철학자 및 정책 입안자들의 노력(윤리적 문제)이 절실히 필요합니다. AI 등의 최신 과학 기술들이 발전하면서 인문학과 철학의 입지가 약화되는 상황인데, 거시적인 관점과 인류적인 관점에서는 과학 기술 발전보다 철학과 인문학의 중요도가 더 큰 것은 자명합니다.
양자 컴퓨팅의 진정한 도전은 ‘만들 수 있는가’의 공학적 문제를 넘어, 이 압도적인 힘을 ‘어떻게 통제하고 분배하며 맞이할 것인가’라는 사회적, 윤리적 질문에 답하는 것에서부터 시작될 것입니다.