김갑진 교수 강의 분석 양자 컴퓨터와 인공지능 AI 그리고 암호 풀리면 비트코인의 가치

김갑진 교수님은 카이스트의 유명하신 분인데 얼마 전 양자 컴퓨터에 대해서 설명해 주신 영상을 보고 IT교수가 조금 더 쉽게 이해할 수 있도록 정리해 봤습니다. 양자 컴퓨터가 발전하면 지금의 암호화 체계가 무너지기 때문에 수많은 글로벌 대기업에서 투자와 개발 중이며 인공지능과의 차이도 알아보겠습니다

 

김갑진 교수

카이스트 물리학 교수로 자세한 프로필은 아래 링크를 통해 참고해주세요

 

카이스트 김갑진 교수 바로가기

 

양자 컴퓨터

양자 컴퓨터란 양자역학처럼 구동되는 컴퓨터를 뜻합니다.

그럼 우선 양자에 대해서도 알아야 하는데요

양자역학이란

양자역학은 대학에서 깊이 공부해도 이해가 어려우므로 패스!!

양자역학에 대해서 궁금하다면 아래 링크를 참조해 주세요

 

양자역학 자세히 공부하러 바로가기

 

일반 컴퓨터

컴퓨터는 0과 1 로만 계산을 하기에 2진법을 사용합니다

0과 1로 만든 이유는 컴퓨터는 쉽게 말해서 전기가 통하면 1, 안 통하면 0으로 구동되기 때문이에요

1과 0을 반복하는 속도가 곧 컴퓨터의 성능을 좌우하고 이 것을 우리는 클럭이라고 부릅니다

100 Mhz, 1 Ghz, 3 Ghz 이런 단위가 컴퓨터 사양에 나오는 이유죠

우리가 잘 아는 인텔 펜티엄 CPU가 3 Ghz를 넘겼다고 광고했던 것이 20년쯤 되었는데

최근 나오는 인텔 13900K라는 극 최고 사양 CPU의 클럭은 약 6 Ghz 내외쯤 되니 겨우 2배가 늘었습니다

물론 클럭 이외에도 다양한 기술로 성능은 2배가 아니지만 물리적으로 한계가 명확합니다

 

그리고 일반 컴퓨터는 0과 1을 가지고 모든 경우의 수를 계산을 하게 됩니다

여기서 나온 게 병렬 컴퓨팅입니다

일반적으로 아는 단어가 듀얼, 쿼드, 옥타 코어 또는 채널과 같은 단어죠

이 CPU는 머리가 4개가 있는 쿼드 CPU입니다. 이런 광고 보신 적 있으시죠?

 

1명이 하는 속도를 올릴 수 없으니 10명에게 일을 시키는 방향으로 바뀝니다

컴퓨터 1개 CPU 안에 코어를 여러 개로 늘려서 최근 출시되는 인텔 CPU는 대략 20~30개 코어로 집적화되고 있는데 더 빠른 컴퓨팅을 위해서 이런 컴퓨터를 다시 1000대, 2000대 네트워크로 붙여서 슈퍼 컴퓨터를 만들었습니다

병렬 컴퓨팅으로 0과 1을 무지막지하게 계산하는 것이 슈퍼 컴퓨터라면 양자 컴퓨터는 무엇일까요?

 

양자 컴퓨터 연산 특징

양자 컴퓨터의 가장 큰 특징은 0과 1이 동시에 동작한다는 것입니다

사람은 어떻게 사고를 할까요?

여러분 지금 이 글을 보면서 경우의 수를 연산하려고 열심히 생각 중이신가요?

우리는 생각할 때 동시에 여러 가지를 생각해서 무엇이 좋다고 생각하는 방식과 유사하다고 할 수 있습니다

양자컴퓨터도 이와 비슷하게 디지털 막일을 하지 않습니다

일반 컴퓨터는 10bit의 자료가 있다면 2의 10승 = 1024번 계산을 해서 결과 값도 1024개가 나옵니다

하지만 양자 컴퓨터는 10번의 계산을 해서 최적의 결과 값이 1개가 나오는 것입니다

여기서 알 수 있는 것은 양자 컴퓨터는 연산이 빠른 것이 아니라 계산 횟수를 줄인다는 것입니다

 

양자 컴퓨터 vs 슈퍼 컴퓨터

그럼 양자 컴퓨터와 슈퍼 컴퓨터를 비교하면 양자 컴퓨터가 과연 더 빠를까요?

항상 양자 컴퓨터가 더 빠른 경우가 있고 슈퍼 컴퓨터가 더 빠른 경우가 있습니다

슈퍼 컴퓨터는 연산을 1000번 해야 하는데 1번 연산하는데 1초가 걸린다고 하면

양자 컴퓨터는 연산을 100번 해야하는데 1번 연산하는데 100초가 걸린다면 똑같은 시간이 걸립니다

실제로 양자 컴퓨터는 진공과 영하 273도의 냉장고 환경을 만들어야 하기에 동시에 연산하는 규모도 작고 속도도 빠르지 않다고 합니다.

암호 풀기의 달인

전 세계 구글, IBM에서 양자 컴퓨터에 대규모 투자를 하는 이유가 바로 암호 풀기라고 합니다

양자 컴퓨터는 단순 막일이 아닌 최적화 계산에 강점이 있다고 합니다

왜냐하면 0과 1을 동시에 처리하면서 계산 과정을 줄이고 최적의 결과 값 1개만 돌출하기 때문입니다

암호 풀기도 역시 최적의 결과 값 1개를 찾는 대표적인 과정이므로 양자 컴퓨터가 잘하는 것이죠

 

암호화 원리

우리가 모든 생활 속에서 쓰고 있는 은행 업무를 할 때 쓰이는 암호의 원리는 무엇일까요

현재 가장 많이 쓰이는 방식이 공개키 암호화 방식입니다

 

암호화 설명 자세히 알아보기

 

[암호화 예시]

 

A는 3을 입력

B는 5를 입력

 

공개키는 7로 가정합니다

 

A는 3x7 = 21

B는 5x7 = 35

 

결과 값 21,35와 공개된 키 7을 이용해서 나눗셈을 하면 입력 3과 5를 알 수 있게 됩니다

 

여기서 중요한 것은 나눗셈을 하면 암호가 풀리는 것입니다

 

조금 더 진화하면

A의 3을 B의 결괏값 35를 곱합니다 3x35 = 105

B의 5도 A의 결과값 21을 곱합니다 5x21 = 105

여기에 + 30을 하자고 약속을 하면 조금 더 과정이 복잡해졌죠

이렇게 숫자를 엄청 크게 하면 암호를 풀기가 어려워집니다

 

쇼어 알고리즘

양자역학을 이용하면 인수분해를 이용해서 암호를 풀 수 있다는 알고리즘이 발표되었습니다

이 역시 자세한 내용은 복잡하므로 아래 링크를 참조해 주세요

 

쇼어 알고리즘 자세히 알아보기

 

쇼어 알고리즘은 RSA 암호화의 소인수 분해 문제를 가장 빠른 시간 안에 풀 수 있는 알고리즘이라고 합니다

하지만 일반적인 컴퓨터에서는 이 알고리즘을 연산할 수는 있지만 시간이 오래 걸려서 적용이 어렵다고 하네요.

 

양자 컴퓨터 암호 해독과 비트코인

비트코인이 디지털 금이라고 불리는 이유는 해킹을 할 수 없다는 것이고 블록체인 기술은 이 장점을 이용해서 여러 가지 방식으로 이용하고 있습니다

비트코인은 현재 기술로는 해킹을 할 수 없지만 양자 컴퓨터가 제대로 나오면 해킹이 될 가능성이 있다고 하는 것이죠

블록체인은 지분으로 증명하는 것인데 51%의 데이터를 가진 것이 바로 사실이라고 생각합니다

 

블록체인 기술 설명 자세히 알아보기

 

해킹을 하려면 전 세계의 퍼져있는 블록체인의 51%의 값을 바꿔야 한다는 것입니다

 

그런데 이 역시 양자 컴퓨터가 발전하게 되면 뚫릴 수 있다고 하여 비트코인이 떨고 있다는 것이죠

 

양자 컴퓨터와 비트코인 좋은 설명 읽어보기

 

 

하지만 양자 컴퓨터가 엄청나게 빠른 발전을 하기 위해서는 양자 컴퓨터의 단점을 알게 되면 그렇게 쉽지 않다는 것을 알 수 있습니다

 

양자 컴퓨터 단점

양자 컴퓨터는 3가지 단점이 있다고 합니다

1번 비트의 개수, 즉 엄청나게 빠른 계산 속도를 가질 수 없다

2번 오류, 연산의 정확도가 떨어진다

3번 환경, 먼지 하나 없는 진공에서 영하 273도의 냉장고가 필요하다

단점은 3가지로 적었지만 사실 3번이 모든 걸 설명합니다

먼지가 하나라도 있으면 연산 오류의 가능성이 높아집니다

그리고 진공 + 영하 273도의 냉장고에서 엄청난 크기의 양자 컴퓨터를 만드는 것이 어렵습니다

여기서 연산 정확도에 대해서도 한번 생각해 보면 양자 컴퓨터의 약점이 극명해집니다

1번 연산하는데 보통 99%의 연산 정확도를 가진다고 하면 엄청 괜찮은 정확도라고 생각할 수 있습니다

하지만 만약 99%의 정확도로 100번 연산하면 어떤 확률 계산이 될까요?

99%로 100번 반복하게 되면 확률적으로 0.99의 100승이 됩니다

결과 값이 36.6%

형편없는 계산을 하기 때문에 양자 컴퓨터의 연산이 틀릴 가능성이 매우 높다는 것이죠

 

상온 초전도체 이슈

만약 상온 초전도체가 실제로 있다면 우리의 문명이 바뀔 계기가 될 것입니다

바로 양자 컴퓨터가 우리가 지금 쓰고 있는 PC처럼 집마다 보급될 수 있고 더 나아가 핸드폰처럼 사람이 들고 다닐 수 있어질 것입니다.

우리는 아주 오래전 계산을 하기 위해서 주판부터 작은 계산기, 집 채만 한 계산기 (애니악), 조금씩 작아지며 퍼스털 컴퓨터 PC, 그러다 들고 다니는 스마트폰까지 발전해 왔습니다

현재 양자 컴퓨터는 집 채 만한 계산기 과정에 있는 것입니다

상온 초전도체가 있다면 저항이 없는 특성으로 전력 배송이나 떠다니는 기차처럼 전력소모가 없거나 극도로 적어지는 혁명도 가능할 테지만 양자 컴퓨터가 소형화되는 새로운 문명을 맞이하게 될 것입니다

 

 

---

같이 보면 도움이 되는 포스팅 추천

엑셀 비밀번호 모를 때 시트 보호 해제 암호 해제하기 IT 팁

 

미카미 유아 남자들의 IT 선생님 은퇴와 브랜드 사업가

 

AMD 라이젠 5625U 5650U 7520U 7530U 숨겨진 비밀 비교 추천