양자 우월성

양자 우월성(Quantum Supremacy)은 양자 컴퓨터가 현재의 고전 컴퓨터로는 사실상 풀 수 없는 특정 계산 문제를 해결할 수 있는 시점을 의미한다. 여기서 '사실상 풀 수 없다'는 것은 고전 컴퓨터가 해당 문제를 해결하는 데 천문학적인 시간이 소요되어 현실적으로 불가능하다는 의미이다. 양자 우월성은 특정 문제에 한정되며, 모든 계산 영역에서 양자 컴퓨터가 고전 컴퓨터를 능가한다는 의미는 아니다.

양자 우월성을 실현하는 것은 양자 컴퓨팅 기술 발전에 있어 중요한 이정표로 여겨진다. 이는 양자 컴퓨터의 잠재력을 입증하고, 더 복잡하고 실용적인 문제 해결에 양자 컴퓨터를 활용할 수 있는 가능성을 제시한다.

양자 우월성 입증은 매우 어려운 과제이다. 입증을 위해서는 다음 조건을 충족해야 한다.

• 문제 선정: 양자 컴퓨터가 효율적으로 풀 수 있지만, 고전 컴퓨터로는 풀기 어려운 특정 계산 문제(예: 임의 회로 샘플링)를 선정해야 한다.
• 양자 컴퓨터 구현: 충분히 많은 큐비트를 안정적으로 제어하고, 양자 오류를 최소화하는 양자 컴퓨터를 구현해야 한다.
• 고전 컴퓨터 성능 추정: 고전 컴퓨터로 해당 문제를 해결하는 데 필요한 시간을 정확하게 추정해야 한다. 이는 고전 컴퓨터 알고리즘의 발전과 하드웨어 성능 향상을 고려해야 하므로 매우 복잡하다.

2019년, 구글은 자신들이 개발한 54큐비트 양자 프로세서 '시카모어(Sycamore)'를 사용하여 특정 계산 문제를 해결함으로써 양자 우월성을 입증했다고 발표했다. 구글은 시카모어가 해당 문제를 200초 만에 해결했으며, 당시 최고 성능의 고전 슈퍼컴퓨터로는 1만 년이 걸릴 것이라고 주장했다. 그러나 IBM을 비롯한 다른 연구자들은 고전 컴퓨터 알고리즘을 개선하여 훨씬 짧은 시간 안에 문제를 해결할 수 있다고 반박했다.

양자 우월성 논쟁은 양자 컴퓨팅 기술 발전의 현주소를 보여주는 동시에, 양자 컴퓨터와 고전 컴퓨터의 상대적인 성능을 평가하는 데 있어 어려움이 있음을 시사한다. 양자 컴퓨터 기술은 아직 초기 단계에 있으며, 양자 우월성을 넘어 실질적인 응용 분야에서 고전 컴퓨터를 능가하기 위해서는 더 많은 연구와 개발이 필요하다.