양자 컴퓨팅 - 개념편 | e경제정보리뷰

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양자 컴퓨팅 - 개념편

KDI 경제교육·정보센터 교육콘텐츠2팀 2025년 03호

#1.
잊을 만하면 터지는 대형 해킹 사고
암호화 기술은 온갖 위협으로부터 우리의 보안을 지키고 있습니다.
하지만 이 방패가 순식간에 뚫리게 된다면 어떨까요?
바로, 양자 컴퓨터 기술로 인해서 말입니다.

#2.
양자 컴퓨터는 정말로 두려운 존재일까요?

양자 컴퓨터는 우리가 현재 사용하고 있는 디지털 컴퓨터인 고전 컴퓨터와는 다른 원리로 작동합니다.
고전 컴퓨터는 ‘꺼짐’ 아니면 ‘켜짐’ 즉, 0 또는 1의 상태로 존재하는 비트를 기본 단위로 정보를 처리합니다.
하지만 양자 컴퓨터는 비트와는 근본적으로 다른 단위인 ‘큐비트(Qubit)’를 사용합니다.
큐비트는 0과 1의 상태가 동시에 존재하는 ‘중첩 상태’에 있습니다. 마치 공중에 던져진 동전과 비슷한 상태죠.
동전이 땅에 떨어지기 전까진 앞면이 나올지 뒷면이 나올지 알 수 없고 바닥에 떨어진 후에야 앞뒤가 결정되듯이,
큐비트도 측정하는 순간 비로소 0 또는 1로 결정됩니다.

#3.
0과 1로만 된 한 자릿수 암호를 푸는 것을 예로 들어보겠습니다.
고전 컴퓨터는 먼저 0을 시도해 보고, 틀리면 1을 시도하죠.
그런데, 양자 컴퓨터는 0과 1의 두 상태를 중첩해 두 가지 가능성을 한 번에 고려합니다.
그럼, 네 자릿수 암호라면 어떨까요?
고전 컴퓨터는 0000부터 1111까지, 총 16가지 경우를 하나씩 확인해야 합니다.
하지만 양자 컴퓨터는 네 개의 큐비트만으로 이 16가지 경우를 동시에 중첩 상태로 표현할 수 있습니다.
큐비트의 수가 늘어날수록 양자 컴퓨터가 표현할 수 있는 상태의 수는 기하급수적으로 증가합니다.
여기에 양자 알고리듬(algorithm)을 적용하면 이 나올 확률은 점차 증폭되고 불필요한 오답들은 서로 상쇄되며 줄어듭니다.
그 결과, 최종적으로 측정할 때 정답을 얻을 확률이 높아지게 되죠.

#4.
인터넷 뱅킹에서 활용되는 RSA 암호 체계는 거대한 수가 어떤 두 소수의 곱으로 구성되어 있는지를 알아내야만 해독할 수 있습니다.
고전 컴퓨터 중 가장 빠른 슈퍼 컴퓨터로도 수십만 년이 걸릴 수 있죠.

이론상으로는 언젠가 고도로 발전한 양자 컴퓨터가 나온다면 RSA 암호도 쉽게 풀 수 있을 것으로 예상합니다.
하지만 아직은 어디까지나 이론상의 이야기입니다.

최근 수백에서 수천 개의 큐비트를 장착한 양자 컴퓨터가 개발되고 있지만, 아직은 오류가 많고 작동이 불안정합니다.
이러한 양자 컴퓨터가 실제로 RSA 암호체계를 위협하는 수준이 되려면,
오류를 정정하는 기술과 함께 수백만 개 이상의 큐비트가 안정적으로 작동해야 한다고 전문가들은 말합니다.

#5.
지금의 기술로는 이렇게 많은 큐비트를 양자 상태로 오래 유지하고 제어하는 것이 불가능합니다.
그럼에도 불구하고 기술이 발전한다면,
양자 컴퓨터는 암호 해독을 넘어 국가 간 정보 경쟁에서 중요한 전략 자산으로 발전할 수 있고,
다양한 형태의 복잡한 문제를 해결하는 데도 새로운 돌파구를 열어 줄 것으로 기대됩니다.

최단 시간 교통 경로 설정, 고수익 투자 포트폴리오 설계, 신약 후보 물질 조합 시뮬레이션 등 경우의 수가 폭발적으로 늘어나는 문제에서, 양자 컴퓨터가 강력한 계산 능력을 보여줄 가능성이 큽니다.

이런 잠재력 때문에 한국을 포함한 여러 나라들은 양자 컴퓨터를 미래 핵심 기술로 연구하고
동시에 양자 컴퓨터 시대에 대비한 양자암호통신, 양자내성암호 등의 새로운 보안 기술도 함께 개발하고 있습니다.
하지만 어떤 문제에 있어서는 여전히 고전 컴퓨터가 더 효율적일 것이고, 두 기술은 각자의 장점을 살려 상호보완적으로 발전할 가능성이 큽니다.

#6.
언제가 될지 알 수 없는 양자 컴퓨터 시대, 그 미래는 지금부터 대비해야 합니다.
세계 질서의 판도를 바꿀지도 모르는 양자 컴퓨터는 우리에게 위협이 될까요, 기회가 될까요?