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기타공학/다른 공학들

인공지능 개발에 활약될 양자 컴퓨터의 정체는 무엇일까


세계 최초의 양자 컴퓨터로 인정받은 D-wave에 대하여


양자 컴퓨터는 차원이 다른 슈퍼 컴퓨터?


흔히 양자 컴퓨터 하면, 일반적으로 지금과는 차원이 다른 ‘신’ 레벨의 컴퓨터를 떠올립니다. 


슈퍼컴퓨터로 10년이 걸릴 연산을 단 몇 분만에 해 낸다고 알려져 있지요. 


인공지능 개발에 활약될 양자 컴퓨터의 정체는 무엇일까1www.livescience.com




결론만 말씀 드리면 이는 맞는 말이기도 하고 틀린 말이기도 합니다. 순식간에 답을 도출하는 경우도 있지만, 일반 컴퓨터 보다 더 느리게 해답을 내는 경우도 있거든요. 


예를 들어, 시뮬레이션과 같은 복잡한 알고리즘에는 뛰어난 성능을 보이지만, 


나와 있는 답을 역산하여 확인하는 계산에서는, 일반 컴퓨터와 속도가 크게 차이 나지 않았습니다.


세계 최초 양자컴퓨터인 D-wave를 물리학자들이 검증해 본 뒤 내린 결론인데, D-wave는 상황에 따라 케바케의 성능을 보여주는 것으로 확인 되었습니다.



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세계최초 양자컴퓨터 D 웨이브 


'D 웨이브 오리온'으로 불리는 이 녀석은 캐나다의 'D 웨이브' 사 가 제작한 세계최초 양자 컴퓨터 입니다. 


2011년 첫 등장 당시 D 웨이브가 진정한 양자 컴퓨터인지 아닌지 논란이 많았었습니다. 


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논란의 핵심은 두 가지였는데요. 


첫째로는 중앙 프로세서가 완벽히 작동하지 않아 이를 중간 중간 기록하는 백업 프로세서가 존재했다는 점이었고, 


두 번째로는 데이터 처리방식이 모사 양자 어닐링이라는 다소 생소한 방식을 사용했기 때문이었습니다.


D 웨이브는 초전도체 재료인 니오븀(Nb)을 초저온으로 냉각시킨 후 데이터를 처리하게 되는데요. 


인공지능 개발에 활약될 양자 컴퓨터의 정체는 무엇일까4www.wired.co.uk



영하 200도 이하에서의 '물질의 양자화 현상'을 이용하기 때문에, 불과 수십 ms 동안만 작동 할 수 있습니다. 


연산의 연속성을 위해 중간중간 데이터를 일반 프로세서로 넘기는 '정보 교환 과정'이 반드시 필요했지요.


백업을 위한 CPU가 없으면, D웨이브 스스로는 작동이 불가능하다는 소리입니다.


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조그만 중앙처리장치 하나만이 양자 컴퓨터에 해당되고, 부피의 대부분이 냉각장치에 해당합니다.



D 웨이브의 작동원리 - 양자 어닐링


Quantum Annealing이라는 정보 처리 방식에서 기인하는데요. 


니오븀의 양자들이 같은 스핀을 가지고 있다가 서서히 냉각 되면서, 근사해를 내는 방향으로 정렬하게 된다는, 다소 이해가 어려운 메커니즘으로 작동합니다. 


 (정확히는 electron, 전자로 설명되어 있습니다.) 



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학계에서는 D웨이브가 양자역학을 활용한 것은 맞지만, 양자역학의 핵심인 ‘중첩’을 이용하진 않았다고 보고 있었습니다.


아래 링크의 D 웨이브의 홍보 자료에서도 확인 가능한데요. 


데이터 처리의 최소 단위인 큐빗이, 자기장에 따라 0 혹은 1의 값을 가지게 된다고 설명하고 있습니다. (원문에는 -1과 1로 표현되어 있습니다.)


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큐빗은 일반 컴퓨터의 비트 (bit)에 해당되는 단위입니다. 일반 비트는 전압 유무에 따라 데이터를 0 혹은 1로 처리하지요. 


하지만 큐빗은 약간 다릅니다. 전류가 흐르지 않은 때는 중첩(?) 상태로 존재합니다. 


연산이 시작되면 프로세스에 전류가 흐르고, 흐름에 따라 데이터가 0 (업), 혹은 1 (다운)로 결정 됩니다. 



인공지능 개발에 활약될 양자 컴퓨터의 정체는 무엇일까8qoqms.phys.strath.ac.uk





규빗은 프로세서가 냉각 (어닐링) 되면서 로직(?)에 따라 경향성을 띄고, 답을 도출해 냅니다.



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최초의 수식어에 대한 의문


큐빗의 개념에서 약간 의아한 부분이 있습니다. 


‘중첩’이라는 새로운 상태만 들어갔을 뿐으로, 테이터의 표현 방법은 기존과 차이가 없습니다. 0 과 1 이 -1과 1로 바뀌어 있을 뿐입니다. 


양자를 냉각시키는 어닐링도 양자역학이긴 하지만... 양자역학의 ‘정수’는 아니지요. 


양자역학의 정수는 1과 -1이 동시에 존재하는 ‘중첩’ 입니다.



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네 ‘중첩’의 커셉을 활용했을 뿐, 중첩 자체를 사용하지 않았습니다. D 웨이브가 진정한 양자 컴퓨터인지에 대해 한동안 논란에 휩싸일 수 밖에 없었지요.


(일단 현재로는, 제한적이긴 하나 양자역학이 응용된 컴퓨터가 맞음으로 잠정 결론 내려진 상태입니다. )


구글과, 록히드마틴이 100억에 육박하는 D 웨이브를 구매하여 사용 중인데요. 반쪽 짜리 양자 컴퓨터라는 수식어 만 뺀다면, 뛰어난 연산처리 능력을 가졌음에는 분명합니다. 

 

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양자컴퓨터의 활약


특히 구글이 D 웨이브를 잘 써먹고 있습니다. 인터넷 검색, 음성인식, 데이터 분석에 인공지능을 활용할 예정인데, 양자 컴퓨터를 투입하여 개발을 시도하고 있는 중입니다. 


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인공지능 개발에 활약될 양자 컴퓨터의 정체는 무엇일까14mrsec.uchicago.edu






시뮬레이션 상황에서 모든 조건을 확인 해야 하는 일반 컴퓨터와 달리, 


양자 컴퓨터의 경우 확률이 가장 높은 해를 소거법을 통해 처리하게 되는데요. 인공지능의 발달 시기를 앞당길 수 있을 것으로 판단하고 있습니다. (퀀텀 어닐링) 


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인공지능 개발에 활약될 양자 컴퓨터의 정체는 무엇일까16www.canadianinnovationexchange.com



참고링크




위저드아이언

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