보라빛 소를 만나기 위한 도약

※ 아래 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1882호(2019. 2. 5. 발행)에 기고한 원고입니다.

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◾ 현재의 컴퓨터와는 완전히 다른 원리로 움직이는 양자컴퓨터에 대한 기대가 높아짐에 따라, 구미의 기업들 사이에서 양자 컴퓨터용 소프트웨어 개발자 확보 경쟁이 시작되고 있음

▸ 작년 12월 실리콘밸리에서 열린 양자컴퓨터의 비즈니스 활용에 관한 국제 컨퍼런스인 ‘Q2B Conference’에서는 여러 기업들이 양자 소프트웨어 개발자 지원 정책을 발표하였음

▸ 유럽의 항공기업 ‘에어버스(Airbus)'는, 고성능 컴퓨팅의 성능 향상이 한계에 이르고 전혀 만족스럽지 않게 됨에 따라 고도의 항공물리 시뮬레이션에 더 많은 컴퓨팅 파워가 필요해졌으며, 컴퓨팅 패러다임의 변화를 위해 양자 컴퓨터용 소프트웨어 개발에 도전 중이라 설명

▸ 2020년까지 양자컴퓨터를 도입할 계획인 에어버스는 항공물리 시뮬레이션을 양자 컴퓨터로 구현할 수 있는 소프트웨어 개발자를 모집하기 위해 ‘Airbus Quantum Computing Challenge(에어버스 양자 컴퓨팅 챌린지)' 프로그램을 전개하고 있음

▸ 챌린지 프로그램을 통해 뽑힌 소프트웨어 개발자는 2020년 이후 도입될 양자컴퓨터를 사용할 수 있으며, 직접적인 자금 지원도 받을 수 있음

◾ 기업들이 양자컴퓨터용 소프트웨어 개발자 확보에 나선 배경에는 슈퍼컴퓨터 업계가 성능 향상을 사실상 단념하고 딥러닝 연산에 적합한 수준의 연산 능력에만 특화되어 가고 있기 때문

▸ 슈퍼컴퓨터의 성능 향상이 둔화되고 있는 주된 이유는 집적회로의 트랜지스터 수가 1년 반~2 년마다 2배가 된다는 무어의 법칙이 종언을 고하고 있는 것이지만, 슈퍼컴퓨터 업계의 최근 사업전략 변화에서도 기인함

▸ 슈퍼컴퓨터의 부동소수점 방식에는 실수를 32 비트로 처리하는 단정밀도(single precision), 64 비트로 처리하는 배정밀도(double precision), 128 비트로 처리하는 4배정도(quadruple precision)이 있음

▸ 슈퍼컴퓨터 업계는 지금까지 물리 시뮬레이션에 필요한 배정밀도의 부동소수점(FP64) 연산 성능을 끌어 올리는 데 주력해 왔으나, 최근에는 이를 포기하고 딥러닝 연산에 사용되는 단정밀도나 그 이하의 부동소수점 연산 성능 향상에 특화하려는 모습을 보이고 있음

▸ 에어버스의 경우 연간 IT 예산의 3%를 슈퍼컴퓨터에 투입하고 있기 때문에, 에어버스에게 슈퍼컴퓨터의 성능 향상 둔화는 미래의 우려가 아니라 이미 현재의 고민이며, 따라서 양자컴퓨터에 앞으로 더 많은 기대를 걸 수밖에 없는 상황

◾ 에어버스처럼 그 동안 슈퍼컴퓨터에 거액을 투자해왔던 기업이나 정부기관들로부터 양자컴퓨터로 패러다임 전환이 시작되고 있는 현상은 주목할 만한 현상임

▸ 양자컴퓨터로 전환을 대표하는 주자는 미 공군인데, Q2B 컨퍼런스에 등단한 공군 연구소(Air Force Research Laboratory, AFRL)는 미 공군의 ‘양자 정보과학 전략’에 대해 설명하였음

▸ AFRL은 양자컴퓨터가 기계학습 및 최적화, 새로운 재료를 발견하기 위한 시뮬레이션 등에서 활용이 기대된다고 전망하며, 현재 미 공군이 양자컴퓨터 프로그래밍 언어와 알고리즘에 중점적으로 투자 중이라 밝혔음

▸ Q2B 컨퍼런스의 VC(벤처캐피탈) 패널 토론에는 에어버스와 미 공군 외에도 골드만삭스, BMW, 스페인의 대형 금융기관인 BBVA 등이 참여해 양자컴퓨터에 대한 각 기업의 기대와 대응 상황을 설명하였음

▸ 양자컴퓨터가 현재 컴퓨터의 성능을 압도적으로 상회할 것인지는 아직 확실하지 않으나, IBM과 구글 등 양자컴퓨터 제조업체들은 수년 내에 등장할 ‘NISQ’라는 하드웨어가 현재 컴퓨터 의 성능을 충분히 상회할 가능성이 있다는 견해를 밝히고 있음

▸ NISQ는 Noisy Intermediate-Scale Quantum Computer의 약어로 오류가 있는 중간 규모 양자 기술을 의미하는데, 이 정도만 되어도 현행 컴퓨터의 성능을 능가할 것이란 전망이 나옴에 따라 선진 기업들은 과감히 양자컴퓨터에 대한 선행투자를 시작하고 있는 것임

◾ 이런 가운데 양자컴퓨터 개발 스타트업인 미국의 ‘리게티 컴퓨팅(Rigetti Computing)’도 소프트웨어 개발자 콘테스트인 ‘Rigetti Quantum Advantage Prize’를 시작하였음

▸ 이 대회는 리게티 컴퓨팅이 현재 평가판으로 제공 중인 양자컴퓨터의 클라우드 서비스를 이용하여 ‘양자 어드밴티지(Quantum Advantage)’를 입증한 연구자나 개발자에게 최대 100만 달러의 상금을 수여함

▸ ‘양자 어드밴티지’는 IBM이 주창하는 개념으로, 양자컴퓨터가 현재의 컴퓨터보다 높은 성능과 예측 정확도를 제공하고, 보다 저렴한 비용으로 연산을 수행하는 등 실질적인 이점을 보여주는 발전 단계를 가리킴

▸ 리게티 컴퓨팅이 거액의 상금을 내걸고 대회를 진행하는 것은, 많은 연구자와 개발자들이 양자컴퓨팅을 시험해보게 함으로써 양자컴퓨팅의 실용적인 용도를 탐구하고 그 속에서 진가를 검증하려는 목적이라 할 수 있음

▸ 양자컴퓨터가 단순한 버즈워드로 끝날지, 아니면 정말 세상을 바꿀 수 있을 것인지는 하드웨어뿐만 아니라 양자컴퓨팅 소프트웨어의 발전에 의해서도 좌우될 것임

※ 다음 글은 정보통신기술진흥센터(IITP)가 발간하는 주간기술동향 1764호(2016. 9. 21 발행)에 기고한 원고입니다. 

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양자 컴퓨팅 실용화에 위기 느끼는 사이버 보안업계.pdf

◈ 양자 컴퓨터 실용화가 조금씩 다가오면서 보안 전문가들은 현재의 사이버 보안 기술 중 많은 부분이 쓸모 없어질 가능성을 우려하고 있음

• 미국 국립표준기술연구소(NIST)가 지난 5월 이 문제에 대해 협력을 호소한 데 이어, 전세계 금융산업의 위험 관리를 연구하는 캐나다의 Global Risk Institute(GRI)도 최근 이 문제에 대한 우려를 나타내는 조사 보고서를 발표하였음

• 보고서 집필자는 GRI에서 사이버 보안 부문 특별 고문을 맡고 있는 미셸 모스카로, 캐나다 워털루 대학의 양자 컴퓨팅 연구소 공동 설립자이기도 함

• 보고서 따르면 현재 기반으로 사용 중인 공개키 암호화 도구가 양자 컴퓨팅 기술에 의해 뚫릴 가능성은, 2026년에 약 14%이며, 이 가능성은 2031년에 50%까지 급상승

• 양자 공격은 현시점에서는 아직 일어나고 있지 않지만, 향후 이러한 위협에 대응할 수 있도록 하기 위해 중대한 결정을 내릴 필요가 있다는 것이 보고서의 결론

◈ 양자 컴퓨팅이 현재의 보안 시스템에 중대 위협을 야기하는 이유는 양자 컴퓨터의 구조가 기존 컴퓨터와는 근본적으로 다르기 때문

• 기존의 컴퓨팅과 달리 양자 컴퓨팅은 ‘큐비트’라 부르는 마이크로 세계의 구성 요소를 사용해 0과 1을 동시에 나타내는 ‘중첩’ 상태를 취할 수 있는데, 그 결과 성능 및 처리 효율이 극적으로 증가하지만, 반면 부정적인 측면도 야기함

• 양자 컴퓨팅이 의도하지 않았지만 발생시키는 부정적 영향 중 하나가 바로 현재의 사이버 보안 기반에 이루는 암호화 도구의 일부가 깨지는 것임

• 가령, 현재의 암호화 기술은 거대한 수의 소인수 분해가 어렵다는 점을 기초로 성립되고 있는 경우가 많지만, 미국 MIT 연구팀은 올해 3월 이러한 암호화 방법을 깰 수 있는 능력을 가진 5 큐비트의 양자 컴퓨터를 처음 개발했다고 발표

• 사이버 시스템의 기저를 이루는 암호화 기반이 근본적으로 깨진 상황에서, 통상 개발 기간이 여러 해 걸리는 장해 극복 대체 방법이 제 때 이용할 수 없는 상태가 된다면, 시스템은 긴급 대응을 하지 못하고 완전히 망가질 수 있다는 것이 보고서의 지적

• 따라서 단기적으로 ‘암호화 기술 측면에서 민첩한 시스템’, 즉 다른 암호화 도구로 즉시 교체할 수는 시스템을 설계하는 작업이 필요하며, 장기적으로는 양자로부터 안전성을 가지는 암호화 도구의 개발이 필요하다는 것이 보고서의 권고

• 이런 맥락에서 NIST는 최근 전도 유망한 새로운 암호화 기법을 공개적으로 모집하는 콘테스트의 실시하고 있으며, 민간 보안업체들도 이 문제 해결에 발빠르게 나서고 있음