꿈의 컴퓨터, 양자 컴퓨터

 [이미지 촬영=대한민국청소년기자단 12기 김채운기자]

 무궁무진한 가능성을 가지고 있어 꿈의 컴퓨터라고 불리는 양자컴퓨터에 대해 알아보려 한다. 양자컴퓨터란 무엇일까? 양자컴퓨터는 얽힘이나 중첩 같은 양자역학적인 현상을 활용하여 자료를 처리하는 기계라고 정의 내릴 수 있다. 이러한 양자적인 성질을 이용하여 만든 양자컴퓨터는 일반 컴퓨터보다 약 1억 배 이상 빠른 속도로 연산을 처리할 수 있어 '꿈의 컴퓨터'라고도 불린다. 

 여기서 의문을 가지는 사람들이 있을 것이다. "얽힘과 중첩이 뭐예요?" 얽힘과 중첩은 미시세계에서 일어나는 현상들이라고 할 수 있다. 먼저 얽힘을 살펴보면, 전자 같은 작은 입자들이 하나의 쌍을 이루어서 공간이 멀리 떨어진 곳에서도 하나의 입자를 관측하면, 그 즉시 다른 하나의 입자의 상태도 결정되는 것이다. 또한 중첩은 양자들은 관측 전에는 가능한 상태가 중첩된 채로 존재하다, 관측과 동시에 상태가 결정된다. 이렇게 관측하는 시간과 관측 도구에 따라서 모든 상태로 나타날 수 있는 것을 양자의 상태 중첩이라고 한다. 이렇게 용어를 정리한 것을 보아도, 이 부분에 대한 지식이 없다면 이해하기가 어려울 것이다. 이 부분에 대해 자세히 알고 싶으면 양자역학에 관한 책을 읽는 것을 추천한다. 

 양자컴퓨터는 어떤 이유에서 개발이 되었을까? 이유는 컴퓨터의 부품 중 하나인 트랜지스터가 너무 작아졌기 때문이다. 현재 약 14nm(나노미터)까지 작아지게 되었는데, 여기서 성능을 더 끌어올리기 위해 더 부품을 작게 만들면 '물리적인 한계'에 도달하게 된다. 원자크기에 가까워지기 시작한 것이다. 이렇게 부품이 작아지면, 양자 터널 현상이 일어나게 되는데, 이는 트랜지스터에게 치명적이다. 트랜지스터가 원자 크기만큼 줄어들면 양자 터널에 의해 막혀있는 통로를 그냥 통과해버릴 수 있는 것이다. 즉, 트랜지스터가 자신의 역할을 하지 못하게 되는 것이다.

 급속도로 발전하고 있는 양자 컴퓨터. 과연 양자 컴퓨터는 미래의 어떤 역할을 맡게 될까? 앞으로의 양자 컴퓨터의 활약을 기대해본다.

[대한민국청소년기자단 IT·과학부=12기 김채운기자]