양자컴퓨터 원리 및 장·단점, 투자 시 체크포인트

양자컴퓨터 원리 및 장·단점, 투자 시 체크포인트

2025년 주식시장에서 가장 뜨거운 키워드는 '양자컴퓨터'인 거 같습니다. 2024년 12월 10일 구글이 최신 양자칩 '윌로우'를 장착한 양자컴퓨터를 공개하였습니다. 이 양자컴퓨터는 기존 슈퍼컴퓨터로는 10자년이 걸리는 연산을 단 5분 만에 처리하였으며 이는 양자컴퓨터의 시대가 멀지 않았음을 예고했습니다. 

출처: 구글 홈페이지

 

그러나, 올해 미국 라스베이거스에서 열린 세계 최대 가전 박람회 'CES 2025'에서 엔비디아의 젠슨 황 최고경영자(CEO)가 "유용한 양자컴퓨터가 나오기까지는 20년은 걸릴 것"이라고 언급하면서 논쟁에 불을 지폈습니다. 이어 메타의 마크 저커버그 CEO도 양자컴퓨터 상용화가 10년 이상 걸릴 것이라는 전망을 내놓으며 논쟁을 더욱 가열시켰습니다.

 

2025년 뜨거운 키워드이자 AI 열풍의 뒤를 이을 신기술로 평가받고 있는 양자컴퓨터 원리 및 장단점, 그리고 투자 시 체크포인트에 대해 알아보도록 하겠습니다.

양자컴퓨터 아이온큐 포르테

 

1. 양자컴퓨터 원리

기존 컴퓨터는 정보를 0과 1로 처리하는 '비트(bit)를 사용합니다. 예를 들어, 전기가 꺼져 있으면 0, 켜져 있으면 1인 것으로 데이터를 표현하는 것이라고 생각하면 됩니다.

반면, 양자컴퓨터는 0과 1을 동시에 표현할 수 있는 '큐비트(qubit)'를 사용합니다. 이 양자비트는 양자역학의 특성을 활용하기 때문에, 0과 1 중 하나만 가지는 것이 아니라 0과 1을 동시에 가질 수 있는 상태가 가능합니다. 1개 값만 가진 1비트에 비해 2배 빠른 계산이 가능합니다. 2큐비트는 ‘00, 01, 10, 11’ 4개 상태를 동시에 가져 2비트보다 4배 빠르며, 3큐비트는 8배, 4큐비트는 16배로 늘어납니다.

 

또한, '큐비트'는 서로 얽혀있어 정보를 공유할 수 있는 있습니다. 이러한 얽힘 덕분에 한 비트가 변하면 연결되어 있는 다른 비트도 동시에 영향을 받게 됩니다. 이러한 원리 덕분에 양자컴퓨터는 동시에 여러 가지 경우의 수를 계산할 수 있으며, 또한 엄청난 속도로 복잡한 계산을 처리할 수 있습니다.

출처: 매경 이코노미

 

2. 양자컴퓨터의 장단점

모든 기술이 그렇듯 장점과 단점이 공존합니다. 아래에서 양자컴퓨터의 주요 장점과 단점을 알아보도록 하겠습니다.

 

1) 장점

① 엄청난 계산 속도 및 문제 해결 능력
양자컴퓨터는 '큐비즈(Qubit)'의 중첩과 얽힘 특성을 활용하여 동시에 여러 연산을 수행할 수 있습니다. 이는 기존 컴퓨터로는 수백 년이 걸릴 문제를 단 몇 초 만에 해결할 가능성이 있습니다. 예를 들어 신약 개발 과정에서 수백만 개의 분자 구조를 시뮬레이션하는 데 기존 컴퓨터는 몇 년이 걸릴 계산도 양자컴퓨터는 기존 방식보다 훨씬 빠르고 정확한 결과를 제공할 수 있습니다.

② 암호해독 능력
양자컴퓨터는 기존 암호 체계를 무력화할 수 있는 동시에, 더 안전한 양자 암호 통신 체계를 가능하게 합니다. 구글의 신형 양자컴퓨터 개발 소식이 전해진 뒤 암호화폐 비트코인 가격이 하락한 것도 이 때문입니다. 그러나 전문가들은 현 수준의 양자컴퓨터로는 비트코인 암호화를 풀기 어렵다고 얘기하고 있습니다. 

③ 에너지 효율성
특정 유형의 계산에서는 양자컴퓨터가 기존 컴퓨터보다 훨씬 적은 에너지를 소비할 수 있어 지속 가능한 컴퓨팅 기술로의 전환에 기여할 수 있습니다.

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2) 단점

① 취약한 안정성 및 오류율
양자비트는 외부 환경에 매우 민감하여 작은 진동, 온도 변화, 전자기파 등으로 쉽게 오류가 발생합니다. 이를 보완하기 위해 양자 오류 수정(Quantum Error Correction) 기술이 필요하지만, 이는 현재 기술적으로 어렵고 자원이 많이 소요됩니다.

 

② 고비용과 복잡성

양자컴퓨터를 개발하고 운영하는 데 필요한 기술과 자원은 매우 고가입니다. 극저온 환경(절대온도에 가까운 온도)이 필요하거나, 진공 상태를 유지해야 하는 등 유지 관리가 어렵습니다.

구글 양자컴퓨터 냉각시스템

③ 보안 위협
양자컴퓨터의 발전은 기존 암호화 알고리즘을 무력화할 수 있어 금융, 군사, 정보 보안에 큰 위협을 줄 수 있습니다. 이에 대비하기 위한 포스트 양자 암호(Post-Quantum Cryptography)가 필수적이며, 암호학자들이 양자컴퓨팅을 통한 해킹에도 뚫리지 않는 ‘양자 내성 암호’를 개발 중입니다.

 

④ 응용 분야 제한

모든 문제를 양자컴퓨터가 잘 해결하는 것은 아닙니다. 양자컴퓨터는 병렬 처리가 필요한 특정 유형의 문제에 적합하며, 일상적인 계산 작업에서는 기존 컴퓨터가 더 효율적일 수 있습니다.

 

3. 양자컴퓨터 투자 시 체크포인트

아직 양자컴퓨터는 개발 단계이기 때문에 단기적으로는 매출이나 즉각적인 상용화 성과를 기대하기 어렵습니다. 이러한 이유로 중장기적 관점으로 투자 접근이 필요합니다.

 

1) 하드웨어와 소프트웨어 전반에 걸친 기술 생태계의 완성도를 봐야 합니다. 주요 지표는 하드웨어 안정성, 오류 정정 기술 등입니다.

2) 특정 산업 분야에서 실제로 양자컴퓨터 적용을 통해 얻을 수 있는 가치, 예를 들어 신약 개발 시간 단축 등을 주목할 필요가 있습니다.

3) 거시적인 산업 환경도 모니터링해야 합니다. 예를 들어 최근 미국 정부가 양자기술 인재를 확보하기 위해 이민 정책 완화를 검토하고 있는 뉴스가 하나의 사례입니다.

출처: 한국경제신문

 

 

지금까지 양자컴퓨터 원리 및 장단점, 투자 시 체크포인트에 대해 알아보았습니다. 양자컴퓨터는 기존의 컴퓨터 기술과는 완전히 다른 패러다임을 제공하며, 불가능했던 문제를 해결할 잠재력을 가진 혁신적인 기술이라고 할 수 있습니다. 비록 아직 초기 단계로 대중화되기까지는 시간이 걸리겠지만, 이 기술은 AI를 이을 하나의 테마가 될 가능성이 높아 본 테마에 관심이 있는 투자자들은 모니터링과 중장기적 관점의 접근이 필요해 보입니다.

 

 

* 참조: 삼성증권, 한국투자증권, IBM 홈페이지, 언론사 자료 등 

* 상기 내용은 투자 권유나 종목 추천이 아닌 단순 정보 제공을 위한 용도입니다. 투자 시 책임은 투자자 개인에게 있으며 투자 시 충분한 분석과 신중한 판단을 하시기 바랍니다.