구글 윌로우, AI권 뒤흔든 지 10년 만에 양자컴퓨팅 시대?

崔炫俊献

또 하나의 혁명적인 기술 진전은 AI에 신기한 조력을 제공할 것이다.
북경시간으로 12월 10일, 구글은 새로운 량자칩 Willow (윌로) 를 연구개발했다고 선포했다.이 계산능력이 아주 강한 칩은 량자계산령역의 30년간의 관건적인 돌파를 실현하여 5분이면 현재 컴퓨터가 10요 (10의 25차방) 년에야 완수할수 있는 임무를 완수할수 있다.연구 성과는 12월 9일 발간된 네이처에 실렸다.
소식이 전해지자 양자정보업계는 환호했고 AI권도 크게 흔들렸다.
두 가지 핵심 돌파
Willow의 중대한 돌파는 두 가지 방면에서 나타난다: 첫째, 성능, 즉 컴퓨팅 능력의 대폭적인 상승이다.
5분 계산량은 현재 운행 속도가 가장 빠른 컴퓨터 10요 (10의 25제곱) 년에나 할 수 있는 임무와 맞먹는다.10²해는 우주의 나이 (약 130억 년) 보다 훨씬 높다.5분과 10 & amp;sup2;년, 이 대비는 그 계산속도의 도약이 매우 공포스럽다는것을 알수 있다.
둘째는 강력한 양자 오류 수정 능력이다.
우리가 일상적으로 사용하는 일반 컴퓨터는 고전 물리학에 기초하여 이진 시스템을 채택하여 비트를 정보 저장 및 처리의 기본 단위로 하며, 각 비트는 0 또는 1 두 가지 상태만 표시할 수 있다.양자 컴퓨터는 양자 역학 법칙을 따라 양자 비트를 기본 정보 저장 및 처리 단위로 사용합니다.양자 비트는 0과 1의 중첩 상태로 존재하여 계산 효율을 크게 높일 수 있다.그러나 문제는 칩에 포함된 양자 비트가 많을수록 오류가 발생할 확률이 높다는 것이다.
1995년 미국 MIT 응용수학과 피터 쇼어 교수는 양자 오류 정정의 개념을 도입했다.30년 동안 과학자들은 양자 오류 수정을 연구해 왔지만 본질적인 돌파구를 마련하지 못했다.
Willow가 양자 오류 정정 분야에서 달성한 중대한 진전은 확장 가능한 사각형 그리드를 기반으로 논리적 양자 비트 수 (현재 105개의 양자 비트) 가 증가하지만 오류율은 빠르게 감소하는 것이다.3x3 인코딩 서브비트에서 5x5의 그리드, 7x7의 그리드로 확장되어 확장될 때마다 오류율이 절반으로 줄어듭니다.그리고 Willow는 실시간으로 오류를 수정할 수 있기 때문에 짧은 시간 내에 더 높은 단계의 양자 비트 (예: 1050개) 로 확장할 수 있습니다.
이상의 두 가지 중대한 돌파는 성능 향상보다 오류 수정 능력이 과학자들의 주목을 더 받는다.
양자 컴퓨팅 가입, AI가 날개를 달다
양자 칩은 양자 컴퓨터의 핵심이다.윌로우의 연구개발팀은 하트무트 네븐(Hartmut Neven)이 이끄는 구글의 양자 AI 실험실이다.하트무트는 Willow는 대규모, 자체 오류 정정 양자 컴퓨터를 향한 큰 걸음이며, 그것의 오류 정정 능력과 고전을 초월하는 컴퓨팅 능력은 신약 발견을 돕는 것부터 더 효율적인 전기 자동차 풀 설계, 핵융합과 신에너지 대체의 진전을 가속화하는 상업 응용을 제공할 수 있는 시스템에 더 가까워지게 한다고 말했다.
구글의 양자 AI 실험실이라는 명칭이 비유하듯이 양자 컴퓨팅 + 인공 지능은 인류가 범용 인공 지능으로 발전하는 실행 가능한 경로가 될 것이다.하트무트가 언급한 핵융합 연구는 관련된 계산량이 매우 방대하고 복잡하며 전통적인 컴퓨터로는 감당할 수 없지만 양자 계산은 충분히 가능하다.
또 례를 들면 최근 대형모형훈련에서 부딪친 Scaling Law (규모법칙) 가 효력을 상실할데 대한 우려는 바로 거대한 자금투입과 매개 변수의 성장에도 상응한 성과를 거두지 못하여 OpenAI와 같은 AI거두들도 개발의 병목에 빠질수 있기때문이다.그러나 Willow의 출현은 향후 양자 컴퓨팅이 어떤 매개변수를 담당하는지에 대한 큰 모델 훈련이 작은 case에 불과하다는 것을 보여줍니다.
머스크와 오픈AI CEO 샘 오트먼 등이 윌로우에 찬사를 보내는 이유다.만약 대규모, 자체 오류 정정 양자 칩이 인공지능 팀에 합류한다면 AGI가 예정대로 도래할 수 있는 확실성을 크게 증강시킬 수 있다.머스크는 지난 10월 말'미래 투자 이니셔티브'대회의 인공지능 토론 세션에 참석해 AI가 모든 인간 종합 능력 (즉, AGI) 을 실현할 수 있는 시기는 대략 2028~2029년 정도라고 말했다.오트먼도 지난 9월 말 한 개인 글에서 슈퍼 인공지능이 앞으로'수천 일'안에 탄생할 수 있다고 말했다.
하트무트는 2012년 창립한 실험실을'(구글) 양자 인공지능'으로 명명한 이유를 설명하면서 인공지능과 양자 컴퓨팅은 우리 시대의 가장 변혁적인 기술로 증명될 것이지만 첨단 인공지능은 양자 컴퓨팅에서 많은 혜택을 받을 것이라고 말했다.
그러나 일부 과학자들은 구글의 최신 양자칩의 성능 정의에 대해 아직 논란이 있다.영국 서리 대학의 컴퓨터 전문가 앨런 우드워드는 윌로우의 출현이"실용 양자 컴퓨터를 만들기 위해 노력하는 모든 사람들을 고무시켰다"고 말했다. 그러나 구글은 양자 컴퓨터를 위한 맞춤형 성능 테스트 도구를 사용하여 이 칩을 개발했기 때문에 기존 컴퓨터에 비해 계산 성능을 정확하지 않다."애플과 귤을 함께 비교할 수 없는 것 같다"고 말했다.
즈장 실험실 주임이자 알리 클라우드 창시자인 왕젠 원사도 12월 13일"Willow는 매우 전용 장치로 매우 특수한 임무를 완수했다"며"그것은 비할 데 없이 빠른 주판인지, 아니면 진정으로 오늘날 (전통 컴퓨터의) 컴퓨팅 설치를 초월하는 컴퓨팅인지 다시 생각해야 한다"고 말했다. 그러나 이 문제는 오늘날 우리는 아직 답이 없다.
양자 컴퓨팅 시대는 얼마나 더 올 것인가?
AI와 양자컴퓨팅의 상호 조력은 양자칩과 양자컴퓨터의 규모화 상용화를 가속화할 것이지만, 전문가들은 그것도 5~10년이 걸릴 것이라고 초보적으로 예측한다.하트무트는 실제 비즈니스 장면에 적용되는 양자 컴퓨터가 2030년까지 나타나지 않을 수도 있다고 인정했다.
Willow의 규모화 상업용, 특히 민용은 아마도 비교적 긴 시간이 필요할 것이다.과학자들은 1946년에 세계 최초의 범용 컴퓨터를 발명했지만, 20~30년이 지나서야 개인용 컴퓨터를 규모화하여 상용화할 수 있었다.
2019년 10월, 앞서 서술한 구글 양자 AI 팀은'양자 헤게모니(Quantum Supremacy)'연구 성과를 네이처 잡지에 발표하여 54개의 양자 비트 수의 양자 칩을 개발했다고 발표했다.당시 구글의 산다르 피차이 CEO는 라이트 형제가 비행기를 발명했을 때의 첫 12초 시험 비행에 성공한 것과 비교했다.그러나 항공기의 대규모 상용화도 20~30년 후다.
황인훈 엔비디아 CEO는 지난해 11월 하버드 비즈니스 리뷰 영문판 편집장 아디 이그나티우스 (Adi Ignatius) 와의 인터뷰에서 양자컴퓨터가 산업화를 진정으로 실현하려면 10년, 심지어 20년이 더 걸릴 수 있다고 말했다.2024년 6월 26일, 황인훈은 엔비디아 연례 주주총회에서 실용적인 양자 컴퓨팅은 수십 년이 더 걸릴 것이라고 재차 밝혔다.그때가 되면 알고리즘은 계산과 양자 방법의 결합을 가속화할 것이다.그러나 황인훈이 이 같은 견해를 밝혔을 때 업계 돌진적 의미를 지닌 구글 윌로우는 아직 나오지 않았다.
특히 우리나라는 양자컴퓨팅 연구 분야에서도 세계 최전선에 서 있다.
최근 2024 디지털 과학기술 생태 대회에서 중전신 양자 정보 과학기술 그룹은 초전도 양자 컴퓨터"천연 504"를 공식 발표했다. 그것은 24비트 한 대, 176비트 두 대, 504비트 양자 컴퓨터 한 대로 구성된 국내 최대의 양자 컴퓨팅 클러스터이며, 5가지 연산 성능의 세계 일류 고성능 시뮬레이터와 Cqlib 양자 프로그래밍 프레임워크를 제공한다.차이나텔레콤이 2023년 11월'톈연'양자컴퓨팅 클라우드 플랫폼을 발표하고 대외 서비스를 제공한 이래 이미 전 세계 50여 개국에서 1200만 명의 방문자를 넘어섰으며 실험 임무 수는 60만 개를 넘어섰다.이밖에 중국과학기술대학 부총장 반건위 원사의 량자계산, 량자통신과 량자암호화분야에서의 연구성과는 일찍 국제선두수준에 속했다.
2024년 1월, 공업정보화부 등 7개 부문에서 발표한"미래산업의 혁신발전을 추진할데 관한 실시의견"은 량자정보를 미래산업계획에 포함시켰다.양자 정보 기술은 양자 통신, 양자 컴퓨팅, 양자 암호화 측정 등 세 가지 주요 방면을 포함한다.
판젠웨이는 10월 29일 2024 양자과학기술산업대회 개막식에서"구글이나 IBM과 같은 유명 기업, 영국과 프랑스와 같은 일부 국가는 2035년을 전후해 100만 개의 양자비트 관련 조종 목표를 제시했다"며"우리나라가 편성하고 있는 국가 양자과학기술 관련 계획에서도 같은 목표를 제시했다"고 밝혔다. 판젠웨이는 밝혔다.알아본데 따르면 백만급 량자비트 상간조종은 량자정보기술을 실현하는 중요한 경로이다.
앞으로 10~15년 동안 양자 오류 정정에 기초하여 기본 기능을 갖춘 범용 오류 허용 양자 컴퓨터를 실현하고 암호 분석, 빅 데이터 분석 등 응용을 탐색할 수 있을 것이다.그때가 돼야 양자컴퓨팅 시대의 도래라고 할 수 있다.
그때는 비트코인을 포함한 전통적인 컴퓨터에 기반한 모든 암호화 알고리즘 체계를 재구성해야 했다.윌로우의 발표 당일 비트코인이 일제히 하락한 이유다.물론 양자컴퓨팅 시대까지 아직 시간이 남았기 때문에 자극이 지나간 비트코인은 다시 상승을 회복했다.