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[Science in Biz] 해킹 막는 `양자난수` 있기에…美공군 암호칩 개발
산업계 침투한 양자역학
기사입력 2020.01.16 04:03:01
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"구글이 양자 우월성에 도달했다."

지난해 9월 20일 영국 파이낸셜타임스는 이 같은 제목으로 된 기사를 내보냈다. 과학기술계를 비롯해 산업계는 술렁였다.

근거는 미국항공우주국(NASA)이 남긴 문서였다. 논문이 공식적으로 발표되기 전 NASA 웹사이트에 올라온 구글의 `양자 우월성` 달성 소식에 과기계는 술렁였다. 문서가 올랐다가 곧바로 삭제된 점도 궁금증을 증폭시켰다. 양자 우월성을 달성했다는 것일까 아닐까. 추측은 꼬리를 물고 이어졌고 구글 경쟁사인 IBM은 해당 기사를 반박하며 "구글은 양자 우월성에 도달하지 못했다"고 주장하기도 했다.

지난해 과학기술계의 가장 큰 이슈 중 하나를 꼽자면 `양자컴퓨터`를 빼놓을 수 없다. 최근 몇 년 전부터 양자컴퓨터는 과기계를 넘어 산업계에도 큰 화두로 떠올랐다. 슈퍼컴퓨터보다 빠른 연산, 어떤 암호도 깰 수 있는 능력 등 장밋빛 수식으로 가득 찬 양자컴퓨터가 그리는 미래는 매력적이었다. 양자컴퓨터는 우리가 사용하고 있는 컴퓨터와는 작동 방식이 완전히 다르다. 기존 컴퓨터는 가장 작은 연산 단위로 `비트(bit)`를 사용한다. 비트는 `0` 아니면 `1`이기 때문에 비트 하나당 정보 하나만 처리할 수 있다. 그러나 양자컴퓨터는 다르다. 기본 정보 단위인 `큐비트(qubits)`가 `0`과 `1` 상태를 동시에 가질 수 있기 때문이다. 양자역학을 이용한 방식이다. 두 가지가 중첩된 기묘한 상태에 놓여 있다 보니 큐비트 `0`과 `1`로 표현할 수 있는 정보는 00, 01, 10, 11로 늘어난다. 큐비트 2개는 동시에 4개(2의 2제곱) 상태를, 큐비트 4개는 동시에 16개(2의 4제곱) 상태를 나타낼 수 있는 것이다. 전문가들은 양자컴퓨터 성능이 49~50큐비트에까지 이르면 기존 디지털 컴퓨터 성능을 뛰어넘을 것으로 보고 있다.

구글 논문은 지난해 10월 학술지 `네이처`에 발표되면서 세상에 공개됐다. 53큐비트를 이용해 슈퍼컴퓨터로 1만년 걸리는 문제를 3분20초 만에 해결하는 데 성공했다고 한다. 다만 특정 문제에 한해서만 우월한 성능을 보인 만큼 "이제 모든 암호가 풀린다"거나 "비트코인은 끝났다" 등 우려는 과장됐다는 게 학계의 의견이다.

양자컴퓨터는 `양자`가 갖고 있는 물리적 특성을 이용한다. 양자를 다루는 양자역학은 너무 어려워서 이해하기 어렵다. 어떤 교수는 "양자역학이 천재들이 만들어낸 학문인데 우리가 이해할 수 있겠나"라며 기자가 상세한 설명을 요청하자 손사래를 친 적도 있다. 하지만 이미 우리 삶 곳곳에는 양자를 이용한 다양한 기술들이 존재한다. 스마트폰, TV 등이 대표적이다. 우리가 사용하는 화학 제품 역시 양자역학 없이 만들어질 수 없다.

최근 국내 보안 스타트업 이와이엘이 자사가 갖고 있는 양자난수 기술이 미국 공군 보안 시스템을 위한 핵심 기술로 선정됐다고 밝혔다. 이와이엘은 120만달러 규모인 2단계 사업을 수주하며 미국 공군 무인 정찰기에 적용할 목적으로 초소형 암호칩을 개발하게 된다. `난수`가 예측 가능하다면 더 이상 난수라고 부를 수 없다. 과학자들은 난수 생성에 양자역학을 이용했다. 양자난수는 사람이 만들어낸 알고리즘이 아니라 자연에서 발생하는 특정 현상을 이용한다. 이와이엘은 과거 방사성 동위원소가 붕괴되는 시간을 측정해 난수를 생성하는 기술을 개발했다.
방사성 동위원소는 시간이 지남에 따라 입자들이 방출되는데, 이 시간을 측정해 난수를 생성한다. 동위원소에서 나오는 에너지를 숫자로 전환해 난수를 만들면 해킹이 원천적으로 불가능하다. 범인들은 절대 이해할 수 없는 양자역학이 기초과학을 넘어 산업계로 침투하고 있다. 기업들은 양자역학을 이용해 우리 미래를 어떻게 바꿔 나갈까.

[원호섭 기자]
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