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마이크로소프트, 클라우드 기반 양자 컴퓨팅 서비스 ‘애저 퀀텀’ 발표

기사입력 : 2020년 02월 01일 21시 59분
ACROFAN=권용만 | yongman.kwon@acrofan.com | SNS
한국마이크로소프트(Microsoft)는 1월 30일 서울 종로구 한국마이크로소프트 본사에서, 클라우드 상에서 활용 가능한 ‘애저 퀀텀(Azure Quantum)’서비스와 양자 컴퓨팅을 위한 생태계 지원, 활용 사례를 소개하는 미디어 브리핑을 열었다. 현재 마이크로소프트는 클라우드 기반에서 퀀텀 컴퓨팅을 활용해 볼 수 있는 ‘애저 퀀텀’을 프리뷰로 서비스하고 있고, 풀스택 오픈 클라우드 에코시스템과 글로벌 퀀텀 네트워크를 구축, 제공하고 있다.

마이크로소프트는 2004년 스테이션Q(Station Q) 퀀텀 컴퓨팅 연구소를 설립을 시작으로 현재 전 세계 8개의 연구소에서 기관별 차별화된 연구개발을 지속적으로 진행하고 있다고 밝혔다. 또한 오픈 퀀텀 에코시스템으로 현존하는 복잡한 범국가적 문제들을 해결하는데 이바지할 수 있도록 환경문제, 헬스케어와 같은 분야들에 대해 집중적으로 연구하고 있다고 소개했다. 주요 활용 사례로는, 케이스 웨스턴 리저브 대학이 기존의 방식보다 3배 빠르게 스캔하고, 질병의 주요 식별자 판단을 30% 가까이 더욱 정밀하게 할 수 있게 되었으며, 두바이 수전력청은 국가 차원의 전체 에너지 최적화에서 퀀텀 컴퓨팅을 활용하고 있다고 알려졌다.

마이크로소프트는 양자 컴퓨팅을 현실적으로 활용하기 위한 환경으로, 풀스택 오픈 클라우드 에코시스템과 글로벌 퀀텀 네트워크, 클라우드 상에서 활용 가능한 양자 컴퓨팅 서비스 ‘애저 퀀텀’을 제공하고 있다. 양자 컴퓨팅을 위한 개발 환경은 2017년 발표된 ‘Q#’을 포함하는 QDK(Quantum Development Kit)으로 퀀텀 솔루션의 학습 및 구축에 필요한 도구와 리소스를 깃허브를 통해 제공하고 있으며, 양자 컴퓨팅을 클라우드 상에서 활용할 수 있도록 ‘애저 퀀텀’을 프리뷰로 서비스하고 있고, 전 세계 대학 연구소와 계열사, 스타트업 등 50개가 넘는 기관과 글로벌 퀀텀 네트워크를 구축하고 있다.

▲ 한국마이크로소프트 최고기술임원 신용녀 박사

▲ 퀀텀 컴퓨팅은 이제 실현은 되었지만 갈 길이 더 먼 기술이다

한국마이크로소프트 최고기술임원(NTO) 신용녀 박사는 양자 컴퓨팅에서의 ‘퀀텀(Quantum)’에 대해, 분절된 상태로 존재하는 미시 세계의 한 요소로, 파동의 성격도 가지면서 입자와 같은 성격도 가지고 있고, 에너지나 운동량들이 양자적 성격을 가지고 있다는 점을 특징으로 꼽았다. 그리고 ‘퀀텀 컴퓨팅’은 중첩이나 얽힘 등의 ‘퀀텀’ 현상을 이용해 접근하는, 기존과는 완전히 다른 원리의 컴퓨터로, 성능 향상의 물리적 한계에 근접하고 있는 트랜지스터 기반의 컴퓨터 대비, 새로운 문제의 해결을 위해 완전히 새로운 방법으로 접근하고 있다고 설명했다.

퀀텀 컴퓨팅은 기존의 0/1의 비트 단위가 아닌 ‘큐빗’ 단위로, 0/1을 모두 가지고 있다가 관찰 시점에 확률적으로 결정되고, 비트 대비 표현 가능한 폭이 더 큰 것이 특징이다. 또한 퀀텀 컴퓨팅에서 성능 향상은, 큐빗의 증가에 지수적 확장의 모습을 보이며, 20큐빗 정도로도 100만 개의 연산을 동시에 수행할 수 있을 정도라고 소개되었다. 그리고 퀀텀 컴퓨팅의 성능을 보여주는 예시로는 RSA 알고리즘의 해독이 있는데, p*q=M에서 M을 만드는 것은 쉽지만 M을 통해 p, q를 찾는 것은 어려우며, 이를 찾는 데 기존 컴퓨팅이 10억 년이 필요한 연산을, 퀀텀 컴퓨팅은 100초에 풀 수 있다는 점을 소개했다. 물론, 기존 알고리즘의 무력화에 대응해, 퀀텀 컴퓨팅을 활용하는 암호화 등도 대두되고 있다.

물론 퀀텀 컴퓨팅은 아직 대중적인 활용에 있어 가야 할 길이 멀다. 연산을 위해서는 절대영도(-273℃)의 유지가 필요하며, 초전도 상태를 만들기 위해 전자기 및 진동의 영향을 받지 않도록 해야 한다. 그리고 전체 큐빗 중 상당 수가 에러 보정에 사용되고 있으며, 알고리즘 또한 기존과는 완전히 새로운 알고리즘에 대한 연구가 필요하다고 지적했다. 한편, 마이크로소프트는 2004년 스테이션 Q(Station Q) 퀀텀 컴퓨팅 연구소 설립을 시작으로 지속적으로 퀀텀 컴퓨팅을 연구해 왔으며, 현재 전 세계 8개 연구소에서 기관별 차별화된 연구 개발로 기술 경쟁력을 확보하고, 퀀텀 컴퓨팅의 난제를 해결하고 있다고 덧붙였다.

▲ 마이크로소프트의 생태계는 다양한 역할의 업체들이 모여 ‘풀스택’을 구현했다

▲ ‘애저 퀀텀’의 핵심 요소로는 이 세 가지가 꼽힌다

마이크로소프트의 퀀텀 컴퓨팅을 위한 풀스택 오픈 클라우드 에코시스템은 ‘애저’ 클라우드를 중심으로 퀀텀 디바이스와 컨트롤러, 개발 환경과 소프트웨어 솔루션, 애플리케이션 영역을 모두 포함한다. 또한 마이크로소프트는 다양한 생태계와 함께 퀀텀 컴퓨팅에 대해 연구를 진행하면서, 전 세계에 해결하지 못한 도전 과제들을 퀀텀 컴퓨팅의 에코시스템으로 해결하는 것을 목표로 제시했다. 이런 ‘난제’의 대표적인 예로는 헬스케어에서의 분자단위 시뮬레이선, 환경에서의 시뮬레이션 등에서 정확도 향상, 퀀텀 암호 및 네트워크에서의 최적화, AI에서 대량의 실제 데이터 입력을 통한 모델 트레이닝 등이 꼽혔다.

마이크로소프트는 자사의 퀀텀 컴퓨팅을 위한 플랫폼이 가지는 특징으로 ‘확장성’을 꼽았으며, 현재 마이크로소프트의 8개 연구소 뿐 아니라 퀀텀 디바이스를 가진 회사들, 특정 문제의 해결에 특화된 소프트웨어 회사들 등과 연계된 ‘글로벌 퀀텀 네트워크’를 가지고 있고, ‘애저 퀀텀’을 통해 퀀텀 컴퓨팅을 클라우드 상에서 바로 활용할 수 있도록 제공하고 있다는 점을 강조했다. 또한 이 ‘풀스택 오픈 클라우드 에코시스템’에서 마이크로소프트가 집중하는 부분은 ‘퀀텀 개발 킷(QDK)’ 등 퀀텀 컴퓨팅의 활용을 위한 소프트웨어 툴과 서비스 영역으로, 특히 퀀텀 컴퓨팅의 사용자 경험 전달에 집중하고 있다고 밝혔다.

마이크로소프트의 ‘퀀텀 개발 킷(QDK)’는 2017년 발표한 ‘Q#’을 포함하고 있으며, 기존의 프로그래밍 개념을 퀀텀 컴퓨팅 개발 환경에서도 활용할 수 있도록 해 C, 파이썬(Python) 등에 익숙한 개발자가 퀀텀을 익숙한 방법으로 구현할 수 있도록 돕는다. 또한 마이크로소프트는 퀀텀 솔루션을 학습 및 구축하는 데 필요한 모든 도구와 리소스를 깃허브(GitHub)를 통해 제공하고 있으며, 퀀텀 개발 킷은 이미 20만 회 이상 다운로드 되어 활용되고 있다고 소개되었다. 이와 함께, ‘애저 퀀텀’에서 구동될 애플리케이션의 개발을 위해서는, 일반적인 PC 환경에서 활용할 수 있는 ‘로컬 시뮬레이터’, 클라우드 상에서 시뮬레이션이 필요한 퀀텀 솔루션에 사용 가능한 ‘애저 시뮬레이터’를 사용할 수 있다고 덧붙였다.

마이크로소프트의 퀀텀 컴퓨팅 환경을 활용한 사례로, 케이스 웨스턴 리저브 대학(Case Western Reserve University)은 암 종양 탐지에서 마이크로소프트의 퀀텀 알고리즘과 머신 러닝 등을 활용해 기존의 방식보다 3배 빠르게 스캔하고, 질병의 주요 식별자(identifier) 판단을 30% 가까이 더욱 정밀하게 할 수 있게 됐다고 소개되었다. 또한 두바이 수전력청(The Dubai Electricity and Water Authority, DEWA)은 국가 차원의 전체 에너지 최적화를 위해 마이크로소프트와 퀀텀 기반 솔루션을 개발하고 있으며, 실시간 변하는 수요 예측뿐만 아니라 기후 변화와 다양한 에너지 자원과의 관계를 분석해 최적화하는데 퀀텀 컴퓨팅을 활용하고 있다고 소개되었다.

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