<자막 원문>

인터뷰 진행: 한주엽 대표

출연: 카이스트 물리학과 이순칠 교수

-오늘 이순칠 카이스트 물리학과 교수님 모셨습니다. 교수님 안녕하십니까?

“안녕하십니까.”

-교수님 이 책을 쓰셨어요. 퀀텀의 세계 세상을 뒤바꿀 기술, 양자컴퓨터의 모든 것. 이 책을 쓰셨는데 이거 언제 나왔습니까? 책이.

“작년 말에 나왔습니다. 한 달도 아직 안 된 거 같네요.”

-여기 퀀텀의 세계라고 적으셨는데 퀀텀, 양자, 양자역학 이런 것들은 굉장히 어려운 개념이잖아요. 이게 일반적으로 사람들이 이해할 수 있는 영역의 것입니까?

“사실은 내용은 간단한데요. 인간이 이해할 수 있는 인지할 수 있는 영역의 얘기가 아니라서 좀 어렵습니다. 그니까 저희가 3차원에 살기 때문에 4차원에 대해서 배울 수는 있어도 머릿속에 그릴 수가 없어서 늘 4차원 얘기는 어렵지 않습니까? 그것과 비슷합니다. 양자 세계도 저희가 사는 세상하고는 전혀 모양이 다르거든요. 저희가 경험해본 적이 없어서 머릿속에 그릴 수가 없고 그러니까 당연히 어렵게 느껴집니다.”

-그러면 ‘이거다.’라고 알 수 있게 얘기는 할 수 있는 겁니까?

“저희 물리학자들은 전자, 양성자 이런 미시세계요. 양자 물리의 법칙이 적용되는 이 세계의 룰을 확실하게 알고 있습니다. 그래서 뭐냐고 물어보시면 확실하게 말씀드릴 수는 있습니다.”

-무엇입니까?

“그 세계에서는 저희가 생각하는 물체라는 것이 다 우리가 얘기하는 파동의 성격을 다 갖고 있습니다. 그니까 이런 것들이 당구공 같은 덩어리지만, 사실은 이게 막 파동처럼 이렇게 요동치는 그런 성격을 갖고 있어서 이런 것들이 반사, 굴절, 간섭 이런 현상을 다 일으킨다는 것이죠. 그렇게 된다는 게 양자 물리의 제일 중요한 가설입니다. 이 세상 삼라만상은 모두 입자면서 동시에 파동이다.”

-입자면서 파동이다?

“네. 입자는 당구공 같은 질량 덩어리 같은 거를 말하는 겁니다.”

-벌써 어려워지기 시작하는데 중첩 현상 이런 거는 뭘 의미하는 겁니까?

“중첩은 지금 고전 세계에서도 저희가 파동이 여러 개 섞일 때 합해질 때 중첩이라는 표현을 고전적인 데서도 쓰거든요. 그러니까 피아노로 도, 미, 솔 세 개를 한꺼번에 치면 저희가 세 음이 한꺼번에 중첩돼서 들리기 때문에 아름다운 화음이 들리는 것이고 빛의 경우에는 빨강, 노랑, 파랑을 이 세 개의 빛을 한꺼번에 쏴주면 이것이 합쳐져서 중첩돼서 저희가 하얀색으로 느끼게 되는 겁니다.”

-RGB를 하면 흰색이 된다.

“그렇죠. 그게 바로 중첩입니다. 그래서 그거 자체는 그렇게 어려운 개념이 아닌데 양자 세계에서는 모든 물체가 파동의 성격을 가진다고 했으니까 이런 마이크도 중첩된다고 하면 ‘도대체 마이크가 중첩된다는 게 무슨 헛소리야?’ 이렇게 당연히 이해가 안 되는 거죠. 그래서 거기가 어려운 건데 어쨌든 모든 물체가 다 중첩된다는 거는 실험적으로 알아낸 사실입니다.”

-모든 물체가 다 중첩된다.

“중첩 상태가 가능하다는 거죠.”

-섞인다는 얘기에요?

“이런 거 비슷한 겁니다. 이 마이크가 이쪽에 있는 상태와 이쪽에 있는 상태가 중첩돼 있다가 중첩이 돼 있을 수도 있고 고양이가 살아있는 상태와 죽어있는 상태가 중첩돼 있다고 그러는데 그럼 살아있는 상태와 죽어있는 상태가 중첩됐으면 그게 좀비냐? 강시냐? 이렇게 물어보면 이것도 저것도 다 아니니까 고전적인 개념으로는 어떻게 설명할 수가 없고요.”

-그럼 입자일 수도 있고 파동일 수도 있고 이렇다는 겁니까?

“입자가 여기에 있는 상태와 여기에 있는 상태가 중첩돼 있다는 겁니다. 그랬다가 근데 왜 그러면 이 마이크가 중첩된 상태는 우리 눈에 안 보이냐? 이럴 수 있지 않습니까? 그런데 그게 제가 이렇게 뒤돌아 있을 때는 무궁화꽃이 피었습니다. 하고 있을 때는 마이크가 이쪽도 있고 이쪽에도 섞여 있다가 제가 싹 돌아보는 순간에 둘 중 하나가 딱 나타나게 된다는 거에요. 그니까 그건 더 믿을 수가 없죠. 그니까 양자 물리 얘기는 정말 헛소리 같아서 믿을 수가 없는데.”

-관찰하면 이렇게 보이는데 이렇게 안 보고 있으면.

“안 보고 있을 때는 이렇게 섞여 있다는 거죠.”

-일단 그런 게 있다.

“정말 받아드리기 힘들지만.”

-일단 이해하려고 안 하고 그런 게 있다고만 일단 그렇다 하고 양자컴퓨터는 그럼 어떻게 해야 하는 겁니까? 기존에 우리가 쓰는 컴퓨팅하고 어떻게 달라지는 겁니까?

“고전 컴퓨터에서는 0과 1을 나타내기 위해서 0V와 5V인 두 개의 전압 상태를 쓰지 않습니까? 그것과 비슷하게 양자 컴퓨터도 0과 1을 나타내기 위해서 두 개의 상태를 써야 하는데 마이크가 여기 있는 상태와 저기 있는 상태 이런 걸 쓸 수도 있죠. 근데 미시세계의 원자가 가장 에너지가 바닥인 상태와 약간 에너지가 들뜬 상태 이런 거를 0과 1로 쓸 수가 있고요. 이런 것이 중첩돼 있을 수가 있습니다. 그래서 이것이 0과 1인 상태가 3대7로 섞여 있다. 중첩돼 있다고 하면 여기다가 낫연산을 하면 여기 있던 에너지는 여기로 가고 여기 있던 상태는 여기로 가니까 3대7이었던 게 7대3으로 바뀌게 되고 그건 이거 각각의 연산이 된 거나 마찬가지니까 두 개 빠르게 병렬 처리가 된다는 것이 핵심입니다. 그래서 입자를 저희가 10개 늘어놓고 각각을 다 중첩 시켜 놓으면 0부터 1까지 1,024개의 상태가 중첩돼 있으니까 여기다 낫연산을 하면 1,024배 빠르게 연산된다는 뜻이고요. 중첩돼서 만들어 놓으면요. 중첩돼있지 않는 상태도 물론 있을 수 있습니다.”

-반도체 같은 경우는 전기를 끊고 흘리고 끊고 흘리고 하면서 그걸로 연산하는데 양자컴퓨팅을 하기 위해서 칩의 구조도 다 바뀌는 겁니까?

“물론이죠.”

-어떻게 바뀌어야 합니까?

“그러니까 일렉트론을 잘 아시니까 질문을 핵심적인 걸 잘 아시는 거 같아요. 그게 제가 수소 원자로 예를 들었으니까 양자bit도 여러 가지로 구현할 수 있고 바닥 상태가 0이고 첫 번째 들뜬 상태가 1이라고 하면 여기다가 에너지를 쏴주면 이 에너지 사이에 해당하는 빛을 쏴주면 여기 있는 상태가 이리로 올라갑니다. 여기 있던 놈이 이리로 떨어지고요. 그러니까 이 원자에다 이 에너지 사이에 해당하는 빛을 쏴주는 행위가 바로 물리적인 연산이 되는 겁니다. 여기에 확률이 1이 되도록 해주면 낫연산이 되는 거고 확률이 반이 되게 해주면 고전 전산에는 없지만, 반씩 섞이게 해주는 연산이 되게 해주는 거고요.”

-빛으로 해요?

“네. 빛으로 많이 합니다. 빛을 쏴주거나 전기장을 걸어주거나.”

-전류를 흘리거나 이렇게는 안 하고?

“전류를 흘릴 수도 있는데 전류라는 것은 전자가 굉장히 많이 흘러가지 않습니까? 근데 저희는 그렇게 무지하게 많이 쓰지 않고 써도 전자 한 개가 옆에 지나가게 굉장히 작은 상호작용으로 굉장히 예민하게 컨트롤합니다.”

-이해하긴 어려울 거 같지만, 그런 게 있다는 걸 안다고 하면 지금 글로벌 반도체 기업 같은 ARM, 인텔이든 양자컴퓨팅용 칩을 몇 큐비트짜리를 어떻게 해서 개발했다고 얘기하는데 거기서 얘기하는 큐비트는 뭘 의미하는 겁니까?

“그 큐비트가 그냥 저희가 말하는 bit에 해당하는 겁니다.”

-bit? 몇 bit냐?

“bit인데 그니까 CPU라고 봐야겠죠. 몇 bit짜리 CPU를 만들었느냐? 그런 뜻입니다.”

-그것도 동작 구조는 기존의 반도체하고는 좀 다르게 내부에서는 되겠네요?

“그렇죠.”

-뭐를 씁니까? 그런 데는 재료를?

“거기에는 제일 이해하기가 쉬우신 건 이온도씨라는 게 있는데 이온은 원자에서 전자를 하나 떼거나 더 붙인 거거든요. 그래서 순저달을 갖기 때문에 전기장을 걸면 이놈들이 가둬놓거나 이런 거 하기가 쉽습니다. 그래서 이온도를 전기장을 잘 써서 공중에 띄워놓는 구조를 만들 수 있는데 그거 하나를 bit로 사용하는 컴퓨터가 있고요. 그게 10년 전엔 제일 잘 나갔었는데 요즘에는 초전도 소자라는 거를 쓴 것이 제일 잘나갑니다. 초전도라는 건 전기저항이 0인 물질인데 그거를 뉜 구조로 만들면 이 링에 흐를 수 있는 전류가 아무런 전류가 되지 않고 특별한 전류 값만 되거든요. 그래서 그것도 양자화돼 있다고 얘기하는데 그 전류가 1만큼 흐르냐 2만큼 흐르냐 또는 이렇게 흐르냐 이렇게 흐르냐 해서 0과 1을 써서 CPU를 늘어서 만들고 있습니다.”

-계속 이해는 못 하지만, 다시 계속 여쭤보면 그러면 양자컴퓨팅이 지금은 아직 상용화는 묘연한 것으로.

“제 생각에도 상용화는 빨라도 10년 이상 걸릴 거로 생각하는데 구글에서는 2030년에 자기네가 상용화된 제품을 내놓겠다고 하더라고요.”

-지금 가장 걸림돌은 뭐에요?

“가장 걸림돌은 오류보정입니다. 오류수정 그니까 고전 컴퓨터에서는 7bit 데이터를 보낼 때 오류가 있는지를 8bit에 전부 다 합해서 짝수가 되도록 이런 식으로 하지 않습니까? 그니까 7bit를 보정하기 위해서 한 bit만 있으면 되는데 양자컴퓨터는 0과 1만 쓰는 게 아니라 아까 말씀드린 것처럼 0과 1의 모든 섞인 상태, 중첩된 상태를 다 쓰기 때문에 이걸 보정하는데 굉장히 많은 bit가 필요합니다. 그래서 한 bit를 보정하는데 네 bit가 더 있어야 합니다. 그것만 해도 완벽한 건 아니고 아주 100만분의 1 굉장히 에러가 적게 하기 위해서는 100만 개를 가지고 한 개의 bit를 수정해야 한다. 이런 얘기도 하고요.”

-걔가 그렇게 나오면 걔 위에서 돌아가는 소프트웨어라든지 이런 것도 다 바뀌어야 하는 건지?

“양자컴퓨터는 소프트웨어가 먼저 나왔습니다. 그래서 양자컴퓨터가 유명하게 된 게 쇼란 사람이 공개 열쇠 암호 책을 다 깰 수 있는 알고리즘을 먼저 발표했습니다. 그래서 그다음부터 사람들이 달려 붙어서 열심히 하게 됐는데 많지는 않지만, 양자 알고리즘은 유명한 게 쓸모있는 것이 벌써 여러 개 있는데 다만 그걸 돌릴 수 있는 컴퓨터가 없습니다.”

-하드웨어가 없다.

“네. 장난감밖에 없고.”

-양자컴퓨팅은 구글 말대로 2030년도에 상용화가 된다고 하면 어떤 변화가 예상됩니까?

“만약에 된다고 하면 빅데이터 처리하는 기술이 우선 제일 먼저 받겠죠. 그래서 그거에 따라서 데이터 검색 때문에 최적화 문제라든가 그다음에 4차 산업 특징이 초연결성 하고 초지능성이라고 하지 않습니까? 초지능성에 관계된 부분이 굉장히 달라질 테니까. 인공지능이 특히 많이 달라질 수 있을 테고요. 그 밖에도 사물인터넷이라든지 4차 산업에서 얘기하는 거는 다 역량을 받을 수 있습니다. 그리고 암호가 깨진다는 것이 제일 큰 건데 암호는 깨지고 나면 ‘이게 암호가 깨지는구나.’ 하고선 사람들이 알게 되니까 암호 체계를 바꾸게 되겠죠. 그런데 그러기 어려운 게 있다면 예를 들면 bit코인 같은 게 지금 자기네가 쓰는 암호 체계가 있는데 그걸 깨진다고 해서 그거를 쉽게 바꿀 수 있을지 그럼 누군가가 시스템에 손을 대지 않습니까? 그래서 그게 쉽게 될 수 있을지는 잘 모르겠습니다. 그게 잘 안 되면 아주.”

-얘가 나오면 굉장히 큰 변화들이 일어나겠네요. 여러 가지로.

“일어날 수 있죠.”

-병렬 연산을 그렇게 빨리 처리한다면. 그게 결국은 그렇게 빨라지는 이유가 아까 말씀하신 중첩이라는 거 때문에 그런 건데 또 그렇기 때문에 에러를 정정하기도 굉장히 어렵고 해서 그게 걸림돌이 될 수 있다는 것인데 이 책에 그 내용이. 저희 이거 광고 받아서 광고하는 건 아니고요. 교수님 오늘 모신 김에 저희가 말씀드리는 거고요. 카이스트엔 언제부터 계셨습니까?

“거기 간 거요? 30년도 넘었습니다. 내년에 은퇴하니까.”

-그러세요? 젊어 보이시는데.

“감사합니다.”

-내년에 정년이신 거고. 텔레비전에 많이 나오시는 정재승 교수님, 그리고 김상욱 물리학자 박사님. 이분도 교수님이세요?

“네.”

-이 분들이 교수님 제자셨다고 하는데 이런 시대를 대비해서 미국에 있는 기업들 준비를 많이 하는 거 같은데 교수님이 대전 카이스트에 계시니까 그쪽에서 창업이나 이런 거 많이 활발하게 일어나고 있지 않습니까? 이 양자컴퓨팅과 관련해서 국내에서 스타트업이라든지 새롭게 시작하는 연구를 많이 이쪽으로 하시는 분들 그런 그룹들이 좀 있습니까?

“연구들은 하시는데.”

-주로 어떤 분야의 연구를 하세요? 하드웨어 위에 올라가는 소프트웨어에 대한 연구를 많이 하시는 거에요?

“소프트웨어 연구가 더 많습니다. 소프트웨어 이론 연구는 세계적인 수준하고 겨룰만하고 그런데 하드웨어는 IBM, 구글하고 경쟁을 도저히 할 수 없는 그런 상황입니다. 거기 같이 큰 기업에서 연구 인력 투입하는 거 하고는 경쟁을 하진 못하고요.”

-지금 그니까 이게 하드웨어 레벨로 간다고 하면 소자 안에 중첩을 소자에서 이뤄내기 위한 새로운 재료, 구조 이런 것들이 주로 많이 연구될 텐데 아직 국내에서는 그런 하드웨어 연구는 교수님이 많이 못 들어보셨나요?

“하시는 분이 있습니다. 국가에서도 이거 우리도 해야겠다. 해서 지원하고 그래서 하는데 IBM이나 구글하고 경쟁할 수준이 안된다는 거죠.”

-워낙 돈도 많고 사람도 많은 글로벌 기업들인데 하드웨어 분야에서는 그 정도는 아니다. 이 세상이 정말 올 거라고. 아까도 만일이라는 말씀을 하셨는데 옵니까? 올 거 같아요? 어떻습니까?

“양자컴퓨터가 만들어지겠냐? 그 말씀인 거에요? 그거는 양자컴퓨터가 만들어지지 못한다는 이론적인 장벽이 없습니다. 그니까 반듯이 만들어질 텐데요. 근데 그게 쉽지는 않고 이게 쉽지 않은 이유는 현재 인류가 가진 나노 기술이 아직 일천해서 그렇습니다. 그니까 나노기술이 저희가 나노 분말도 만들고 더 작은 것도 만들고 그렇지만 궁극적인 나노기술의 목표라고 하면 하나의 전자, 하나의 원자를 갖다가 따로 조작하고 읽고 쓰고 할 수 있는 게 나노기술의 궁극적인 목표인데 거기까지 가면 양자컴퓨터 쉽게 만들어질 테고요. 그리고 양자컴퓨터를 개발하다 보면 나노기술이 거기까지 견인하는 역할을 하게 되고 그렇게 될 겁니다. 언젠간 될 텐데.”

-시간이 문제군요. 언제 될 거냐.

“네. 생각보다는 좀 더 걸릴 수도 있고.”

-세상이 바뀔 때 산업적으로도 여러 가지 기회가 생기는 것이니까 아직 시간이 많이 남았다고 하면 이쪽 분야에도 우리가 관심을 많이 가져야겠네요. 산업 쪽에서는.

“어느 회사 이름을 얘기해도 괜찮을까요?”

-네. 괜찮습니다.

“최근에 양자컴퓨터 회사라는 게 하드웨어 회사라는 게 처음으로 상장됐거든요. 아이온큐라는 회사인데.”

-어디에 있는?

“그게 뉴욕에 상장됐는데.”

-미국 회사입니까?

“네. 그니까 IBM하고 구글은 이미 있는 회사가 자기네가 자기 연구실에 돈을 투입한 거고 이 회사는 자기가 양자컴퓨터만 갖고 사업하겠다.”

-거기는 하드웨어를 하는 회사입니까?

“하드웨어 만드는 회사입니다. 소프트웨어 만드는 회사는 많습니다. 뉴욕에서 상장하니까 공모 금액이 1조가 모였답니다. 1조 가까이 6억 7천만 불이 모였었나.”

-6억 7천만 불이면 1조 원에 가깝네요.

“네. 그 정도 모였더라고요. 근데 거기 두 분이 공동창업자인데 그중 한 분이 한국 분이세요. 굉장히 똑똑하고 성실한 분이어서 무엇을 하든.”

-아는 분이세요?

“알죠. 뭔가 만들어내실 분이긴 한데 제가 들으니까 한국에서도 거기다 많이 투자하셨다는 거에요. 어떻게 알고 하셨는지. 근데 그게 양자컴퓨터가 돈을 금방 벌 수 있는 것이 아니고 투자하셔도 좀 더 잘 알고 투자하셔야 하는데 양자컴퓨터가 대부분 뭔지 잘 모르시고서는 투자만 하시는 거 같아서 좀 아쉽죠.”

-근데 배터리 쪽에서는 전고체배터리도 향후 10년 이내에 나오기 어려울 거라고 하는데 미국에 있는 어떤 회사에는 거기도 몇조 원이 돈이 모여서 상장한다고 하니까 이게 약간 금융이 잘 발달해 있는 나라다 보니까 좀 가능성이 있으면 투자를 많이 하는 거 같아요. 근데 정확하게 알고 투자하는 건 중요한 거 같아요. 그래서 퀀텀의 세계는 저도 조금 더 정독을 한 번 해보도록 하겠습니다. 교수님.

“제가 반도체하고 관계해서 조금 커뮤니티 할까요? 양자컴퓨터란 게 저희가 양자 정보 기술이라고 말하는 게 기술의 한계에 중요한 분야인데요. 양자 정보 기술이라는 게 어떻게 나오게 됐냐면 저희가 반도체 만들 때 점점 사이즈 줄이고 줄이다 보니까 간섭이 양자적 간섭이 일어나서 그거를 어떻게 하면 줄이냐? 어떻게 해서 2나노로 가느냐 4나노로 가느냐 양자 효과를 없애려고 굉장히 신경 쓰지 않습니까? 그랬는데 그 효과를 방해물로 보지 말고 적극적으로 이용해서 새로운 기술을 만들어 보자. 라고 하는 게 양자 정보 기술이 나오게 된 거고요. 양자물리 나온 지가 1900년에 시작했기 때문에 이제 100년도 넘었는데 저희는 양자 정보 기술이 처음으로 양자물리가 제대로 공학적으로 이용되고 있다고 생각합니다. 근데 그렇게 말하면 오해가 있는 게 반도체 레이저 원자 폭탄 이거 전부 다 양자 물리에 기반한 거거든요. 근데 차이가 뭐냐면 저희가 반도체나 레이저 같은 것들은 양자 성질을 쓰긴 하지만, 예를 들면 트랜지스터 하나 있다고 하면 그게 양자 현상을 퀀텀 터널이라고 하니까 양자 현상을 쓰긴 하는데 이 안에 있는 입자들이 이쪽에 있지 않습니까. 그런데 양자 정보 과학에서는 한 개를 따로 다루는 거거든요. 그러니까 그런 전자공학의 가장 극한의 기술이라고 할 수가 있습니다. 그래서 그런 점이 좀 차이가 있다는 말씀을 드리면 도움이 혹시 될까 해서 말씀드렸습니다.”

-교수님 오늘 너무 말씀 고맙습니다.

“감사합니다.”