인공지능과 양자역학의 관련성

 

인공지능(AI)과 양자역학은 서로 다른 연구 분야이지만, 여러 가지 면에서 서로 연결되어 있습니다. 이번 시간에는 인공지능과 양자역학의 관련성에 대해 알아보겠습니다.

 

1. 양자역학과 인공지능

양자역학은 원자 및 아원자 수준에서 물질과 에너지의 거동을 연구하는 물리학의 한 분야입니다. 얽힘과 중첩과 같은 특정 양자 현상을 활용하여 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 특정 계산 작업을 수행할 수 있음이 밝혀졌습니다. 이로 인해 양자 컴퓨터가 개발되었는데, 양자 컴퓨터는 양자 역학적 특성을 이용해 기존 컴퓨터로는 수행하기 어려운 계산을 수행하는 장치입니다.

 

인공지능(AI)이라는 단어는 이제 우리에게 너무나 익숙한 단어입니다. AI라는 개념 자체는 오래전부터 존재했지만 최근 들어 주목받는 이유는 인간처럼 사고하고 행동하는 기계인 '강인공지능' 기술이 발전하면서 부터라고 합니다. 강인공지능이란 사람처럼 스스로 학습하고 판단하며 문제를 해결하는 지능을 가진 컴퓨터 시스템을 말합니다. 이러한 딥러닝 기반의 강인공지능 개발 과정에서 여러가지 난관들이 발생하는데, 이 중 대표적인 것이 바로 기존의 고전물리학으로는 설명되지 않는 현상들을 어떻게 처리해야 하는가입니다. 예를 들면 현재까지의 물리학에서는 입자간 상호작용을 고려하지 않기 때문에 어떤 물체가 다른 물체와의 상호작용 없이 독립적으로 존재한다는 가정 하에 이론을 전개하게 됩니다. 하지만 실제로는 전자나 광자 등 미시세계에서의 입자는 서로 영향을 주고받으며 복잡한 관계를 형성하기 때문에 이를 반영하려면 새로운 접근 방법이 필요합니다.

 

반면에 AI는 시각 인식, 음성 인식, 의사 결정 등 일반적으로 인간의 지능이 필요한 작업을 기계가 수행할 수 있도록 하는 알고리즘과 모델을 개발하는 컴퓨터 과학 분야입니다.

 

IBM이 개발한 양자컴퓨터

 

2. AI가 양자역학이랑 무슨 상관인가요?

AI와 양자역학의 연관성은 머신러닝과 같은 일부 AI 알고리즘이 기존 컴퓨터보다 양자 컴퓨터에서 더 효율적으로 구현될 수 있다는 사실에서 비롯됩니다. 양자 컴퓨터는 행렬 곱셈과 같은 특정 유형의 연산을 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠르게 수행할 수 있기 때문입니다.

딥러닝 기반의 강인공지능 연구과정에서 맞닥뜨리는 어려움 중 하나가 바로 위에서 언급한 대로 거시세계와는 다른 미시세계의 특성을 이해하는 것입니다. 특히 원자 이하 크기의 물질 세계를 다루는 양자역학 분야는 아직까지도 미지의 영역이 많이 남아있어 많은 과학자들이 도전하고 있는 분야이기도 합니다. 따라서 앞으로 다가올 미래사회에서도 양자역학 지식은 매우 중요해질 것이며, 이로 인해 양자컴퓨터 및 양자암호통신 같은 다양한 응용분야가 등장할 것으로 예상됩니다.

 

또한 양자 역학은 기존 컴퓨터로는 불가능한 새로운 유형의 AI 알고리즘을 개발하는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 양자 신경망은 양자 컴퓨터에서 구현할 수 있는 AI 모델의 한 유형으로, 특정 작업에서 고전적인 신경망보다 뛰어난 성능을 발휘할 수 있습니다.

 

요약하자면, AI와 양자역학의 연관성은 양자 컴퓨터가 특정 AI 알고리즘의 속도를 높일 수 있는 잠재력과 양자역학적 특성을 활용하는 새로운 AI 알고리즘의 개발에 있습니다.

 

3. 참고

양자컴퓨터란 무엇인가요?

양자컴퓨터는 0과 1만을 이용하는 디지털 컴퓨터와 달리 큐비트(qubit)라 불리는 양자비트 하나로 모든 연산을 수행할 수 있는 초고속·초저전력 차세대 컴퓨터입니다. 즉, 정보처리 속도가 비약적으로 빨라져 빅데이터 분석, 신약개발, 신소재 설계 등 방대한 데이터를 빠른 시간 내에 처리해야 하는 분야에서 활용될 전망입니다. 또한 해킹이 원천적으로 불가능한 양자암호통신기술 역시 향후 보안체계 구축에 큰 도움이 될 것으로 기대되고 있습니다.

 

양자정보통신기술 어디에 쓰이나요?

현재 정부는 4차 산업혁명 시대 선도를 위해 ‘양자정보통신’을 집중 육성하겠다는 계획을 발표했습니다. 2019년 6월 26일 과기정통부는 서울 양재동 엘타워에서 열린 ‘2019 양자정보통신 포럼’에서 2020년부터 5년간 총 사업비 약 1700억원 규모의 ‘양자정보통신 중장기 추진전략’을 수립했다고 밝혔습니다. 이번 전략은 지난 10여 년간 미국, 유럽, 일본 등 선진국과의 기술격차가 지속돼 온 양자정보통신 분야에서 국내 기술경쟁력을 확보하기 위한 방안 마련 차원에서 진행됐습니다. 구체적으로 ▲핵심 요소기술 경쟁력 확보 ▲미래 수요창출 ▲생태계 활성화 지원 등 3개 분야 9개 과제를 선정했으며, 올해 하반기부터 본격 추진할 예정입니다.

 

4차 산업혁명시대 도래 이후 ICT 업계 최대 화두였던 인공지능 이슈가 잠잠해진 지금, 다음 화두는 단연 양자컴퓨팅이라 할 수 있습니다. 구글, IBM, MS 등 글로벌 기업뿐만 아니라 삼성전자, SK텔레콤 등 국내 대기업들도 양자컴퓨팅 시장 선점을 위해 치열한 경쟁을 벌이고 있으며, 한국과학기술연구원(KIST) 양자기술연구소 설립, 국가보안기술연구소 산하 양자암호시험망 개소 등 공공부문에서도 적극적인 투자가 이루어지고 있습니다.