초전도 양자분야의 리더 GOOGLE 구글 최근 주요소식

 

지난 IBM 에 이어서 오늘은 초전도 양자컴퓨터 분야의 또다른 리더인 구글에 대해서 얘기를 해보도록 하겠습니다.

다들 기억하시겠지만, 작년 12월에 구글에서 양자칩 윌로우를 발표 했었죠. 이 윌로우 칩이 대중들에게 많은 관심을 받았던 가장 큰 이유는, 아마도 현존하는 최고성능의 슈퍼컴퓨터로도 10셉틸리언, 그러니까 10의 24승이라는 어마어마한 시간이 걸려야만 풀수있는 문제를 단 5분만에 풀수 있다는 것이 주된 이유였을 것 같은데요. 그런데, 그것보다 더 중요했던 것은 바로 오류율 개선에 진전이 있었다는 것이라고 생각이 됩니다.

윌로우 발표 전까지만 해도 큐비트 수를 증가시킬수록 오류율이 늘어나는 문제 때문에 양자우위와 실용성을 갖추는데 상당한 장벽이 있었다고 하면, 큐비트 수가 증가할수록 오류가 줄어드는 윌로우의 기술 발표는 분명히 양자기술을 한단계 진보시키는데 기여한 것이 분명하다고 생각이 되는데요.

큐비트 수가 늘어나더라도 오류를 임계값 이하로 낮추면서 계산의 정확도를 크게 향상시켰다는 것은 상용화에 한걸음 더 다가갔다는 것을 보여주는 사건 이었습니다.

물론 아직은 실용화라는 관점에서 이 외에도 부족한 것이 너무 많은것은 사실인데요. 기술개발이라는 것이 시간에 정비례하는 것이 아니라, 어느 임계점을 지나는 순간부터 가속이 붙기 때문에 우리의 예상보다 더 빠른 시점에 양자시대가 올수도 있다고 생각이 됩니다.

 

그럼, 지금부터는 구글에 대한 최근에 소식들을 같이 보도록 하겠습니다.

먼저 구글이 클라우드 환경에서 , 양자암호 PQC 알고리즘을 제공한다는 소식이 있는데요. 구글 클라우드 KEY MANAGEMENT SERVICE 에서 미리보기와 평가판으로 제공된다고 하구요, 사용자가 양자내성을 갖춘 서명을 테스트하고 통합할 수 있도록 하는 퀀텀 세이프 디지털 서명을 도입했다는 소식입니다.

구글측은 이번에 시행되는 PQC 알고리즘이 NIST의 포스트 퀀텀 암호화 표준에 부합한다고 하구요, FIPS 204 , FIPS 205 와 같은 디지털 서명 알고리즘을 지원하기 때문에 고객이 NIST 표준 양자내성암호화를 사용해서 데이터에 서명하고 검증할 수 있게 된다고 하구요, 이 서비스를 통해서 양자안전키가져오기 , 키 교환 , 암호화 및 암호해독작업 , 디지털서명생성을 수행할수 있게 된다고 합니다.

구글은 이번 발표에서 광범위한 양자보안 로드맵을 공개하기도 했는데요.

Cloud KMS 소프트웨어와 Cloud HSM 하드웨어 에서 표준화된 PQC 알고리즘을 지원하는 방안 , 기존 암호화 키와 프로토콜에 대한 원활한 마이그레이션 전략 , 오픈소스 암호화 라이브러리 통합을 통한 업계의 투명한 협업지원 방안 , 하드웨어 보안 공급업체와의 전략적 파트너십 전략 , PQC 채택을 위한 정부기관과의 지속적인 협력 방안과 같은 로드맵 내용을 설명하기도 했습니다.

정부기관이나 대기업 뿐만아니라 금융기관, 주요기관과 수많은 개발자와 일반인들이 구글의 클라우드를 사용하고 있는 상황이기 때문에 구글의 양자안전 암호화의 도입은 미래의 사이버 해킹 공격으로부터 민감한 데이터를 보호하는데 있어서 매우 중요하다고 볼 수 있는데요.

그런만큼 구글은 이미 2016년부터 Chrome에서 PQC를 테스트 해오고 있었구요, Google 데이터 센터에 양자 내성 보호 기능을 배포해서, Gmail 이나 Cloud Console 과 같은 제품에서 포스트 양자 암호화를 꾸준히 실험해 오고 있었습니다. 이번에 발표한 Cloud KMS PQC 양자암호 서비스 채택 소식은 이런 구글의 로드맵에 따라서 진행되고 있는 중간단계의 프로젝트라고 볼수 있구요, 구글은 이 외에도 클래식 서명과 포스트 양자 서명을 결합하는 하이브리드 암호화 체계를 구현하기 위한 준비도 착실히 진행하고 있는 중입니다.

미국 NIST 는 양자내성암호화로의 전환을 촉진하기 위해서 작년 8월에 양자내성 알고리즘을 공개한바 있다는 소식은 이미 여러 차례 말씀드린바 있는데요,

미국을 중심으로 양자암호의 중요성을 점점 커지고 있다고 보이구요, 그런만큼 양자내성 알고리즘으로 전환속도는 점점 더 빨라질 것으로 예상됩니다. 현재의 양자컴퓨터 수준으로는 아직 위협적이지 않지만, 구글에서도 말했듯이 미래에 양자 위협이 오는 순간이 언제가 될지 모르기 때문에 지금부터 준비하는 것은 필수적인 것으로 보여집니다. 특히, 중국의 양자기술이 미국과 대등하게 부상하고 있는 상황에서 양자암호의 필요성은 더욱더 증가할 것으로 생각이 됩니다.

 

최근 중국 양자산업과 기술에 대한 소식 한가지를 간략히 보면 중국의 양자기술 수준을 대략적으로 나마 파악해 볼 수 있을 것 같은데요.

중국에서도 지난 구글의 윌로우와 마찬가지로 현존하는 최고의 슈퍼컴퓨터보다 1조배 더 빠른 양자 QPU 개발 소식이 있었습니다.

중국과기대학 USTC 에서 초전도 큐비트를 사용하는 주총지 3.0 "Zuchongzhi 3.0" 이라는 105 큐비트 양자칩을 발표한 건데요. 지난 12월 구글 윌로우와 거의 비슷한 수준이라고 알려져 있습니다.

여기서 비슷한 수준이라는 것은 큐비트가 중첩을 유지하고 병렬계산을 얼마나 안정적으로 수행할 수 있는지에 대한 지속시간을 말하는 코히어런스시간 , 양자게이트가 의도한 작업을 얼마나 정확하게 수행하는지를 말해주는 게이트 충실도 , 그리고 오류율과 오류수정 등의 전반적인 실험결과 수준이 비슷했다는 것을 말하는 것 인데요

발표한 일부내용을 보면, 주총지 3.0 Zuchongzhi 3.0 의 경우에 병렬 단일 큐비트 게이트 충실도가 99.90%, 병렬 2큐비트 게이트 충실도의 경우에는 99.62% 를 기록했다고 합니다.

Google의 Willow 의 경우에는 각각 99.97% 와 99.86% 으로 구글의 윌로우가 아직은 약간 우수한 것으로 나왔지만 서두에 말씀드린 것 처럼 거의 비슷한 것으로 결과라고 볼 수 있을것 같은데요.

이렇게 중국의 양자수준이 미국과 대등하게 성장하고 있기 때문에, 양자암호의 중요성은 더욱 커져 갈 것으로 생각됩니다.

 

그리고, 또 다른 소식으로는 구글퀀텀 AI 연구소가 데이터센터, AI, 자동차 부문의 시스템 온 칩 SoC (Systme on Chip) 솔루션 전문회사이면서 팹리스 반도체 공급업체인 소시오 넥스트와 파트너쉽을 맺고 차세대 양자컴퓨터 시스템용 컨트롤러 SoC 를 개발한다는 소식도 있는데요.

소시오 넥스트 Socionext 의 고정밀 반도체 칩 설계 기술은 큐비트 제어의 정밀성을 개선하고, 노이즈를 줄이면서, 확장성을 높이는데 효과적이라고 하구요. 이러한 반도체 기술을 양자기술에 융합하는 것을 통해서 양자컴퓨터의 연산능력을 안정화시키고 최적화하는데 기여하고, 오류수정과 시스템통합에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대가 됩니다.

특히, 이번 협업이 의미가 있는것은 반도체 기술과 양자컴퓨터 기술의 통합을 통한 시너지라는 측면이구요. 이 협업이 성공을 거두게 된다면, 앞으로 반도체 분야의 기술과 양자기술의 협업과 기술의 통합이 더욱 가속화 될 것으로 예상이 됩니다.

 

오늘 말씀드린 내용중에서 중국의 양자기술에 대해서 잠시 말씀드렸는데요. 우리가 생각하는 것 보다 중국의 양자기술 수준은 상당한 것으로 생각이 됩니다. 우리나라의 경우에도 빨리 준비하지 않으면 따라가기가 힘든 상황이 올수도 있는만큼 , 지금부터라도 양자산업 육성을 위해서 힘을 모아야 하지 않을까 생각해 봅니다.