꿈의 양자컴퓨터시대가 열리고 있다. 사진은 영화 매트릭스3-레볼루션의 한 장면.

'꿈의 양자컴퓨터' 시대 앞당긴다

지난달 부산대 물리학자 정윤철 교수 연구팀은 이스라엘 와이즈만 연구소 모티 하이블럼 교수 연구팀과 공동으로 기존 반도체 기술을 이용해 양자컴퓨터의 가능성을 보인 연구내용을 네이처에 발표했다.

이어 지난 16일 호주 퀸즐랜드대 양자컴퓨터기술센터 정현석 박사도 네이처에 프랑스 남파리대학 필립 그랜지어 교수팀과 함께 세계 최초로 진행하는 빛의 '슈뢰딩거 고양이 상태'를 만들어내는 데 성공했다고 밝혔다.

'슈뢰딩거의 고양이 상태'란 오스트리아의 물리학자 슈뢰딩거가 양자역학의 원리를 설명하기 위해 고안한 사고실험. 밀폐된 상자 속에 독극물과 함께 있는 고양이의 생존 여부는 상자를 열어 확인하기 전까지는 살아있는 것도 아니고 죽어있는 것도 아닌, 두 가지가 중첩된 상태로 존재하는 것이 가능하다는 식으로 양자상태를 설명했다.

이들 연구는 양자역학의 근본적 원리에 보다 가까이 다가설 수 있는 연구로 양자컴퓨터, 양자 암호, 양자 공간이동 등 양자 정보 기술을 실용화하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

기존 암호 무용지물, 도청은 불가능

영화 다이하드4를 보면 테러리스트가 미국의 독립기념일(7월4일)을 맞아 미국의 교통, 통신, 금융, 전기 등 모든 네트워크를 장악해 미국을 공황상태에 빠트린다. 주인공 존 맥클레인은 이를 막기 위해 사투를 벌이는 내용이 나온다. 그러나 양자컴퓨터가 개발되면 원천적으로 도청이나 해킹 등은 불가능하게 된다. 정 교수는 "양자는 2가지 상태가 동시에 존재(서로 얽혀 있어)하기 때문에 도청이나 해킹 등이 불가능하다"고 설명한다. 만약 해커가 도청을 시도하면 양자 상태가 바뀌기 때문에 바로 알 수 있으며, 설사 도청을 하더라도 무슨 의미인지도 알 수 없게 된다는 설명이다.

또 양자컴퓨터가 개발되면 기존 암호시스템은 무방비상태에 빠질 가능성이 높다. 기존 컴퓨터의 기본은 0과 1 등 전기가 흐르거나 흐르지 않는 형태로 정보처리 기본단위(2진법의 1 비트)를 구현한다.

그러나 양자컴퓨터는 이른바 '큐비트'라 불리는 양자비트 하나로 0과 1의 두 상태를 동시에 표시할 수 있어 엄청난 양의 데이터를 처리할 수 있다. 현재 가장 빠른 컴퓨터가 몇 년 걸려 계산할 수식을 단 몇 초 안에 끝낼 수도 있다. 따라서 아무리 복잡한 암호도 바로 계산해 풀어낼 수 있게 돼 기존 암호시스템은 무용지물이 될 가능성이 높다. 미국 등 세계 각국이 양자컴퓨터 개발에 힘을 쏟고 있는 것도 이 때문이다. 그러나 양자 정보기술을 이용해 암호시스템을 개발되면 이야기는 달라진다.

공간이동 가능할까

스타트랙 등 SF영화를 보면 우주공간 등 먼거리를 팩스처럼 공간이동하는 장면이 나온다. 가능할까. 일부 물리학자와 컴퓨터학자들은 2015년께 분자, 2050년께 바이러스, 2100년께 동물의 공간이동은 불가능한 일이 아닐 것으로 예측하고 있다. 구체적으로 인간의 몸이 직접 공간이동하는 것이 아니라 몸을 이루고 있는 모든 원자들의 정보를 읽어 보내면 현지에서 다시 이를 바탕으로 사람의 몸을 재구성한다는 것이다.

그러나 정 교수는 이에 대해 부정적이다. "모든 양자나 입자는 구별이 불가능하기 때문에 한 장소에서 다른 장소로 전자나 광자 등의 공간이동은 가능하지만 사람을 팩스처럼 전송하는 것은 지금의 과학기술이나 상식으론 불가능하다고 생각한다"고 밝혔다.

임원철기자 wclim@busanilbo.com