양자 컴퓨팅이 향후 발전 가능성이 있는 분야라는 얘기는 종종 들리지만, 도대체 이 양자 컴퓨팅이 무얼하는 건지, 왜 향후에 뜰 것인지에 대해 잘 몰랐습니다. 그래서, 한번 공부해볼겸, 양자 컴퓨팅에 대해 알아보겠습니다. 그리고, 양자 컴퓨팅을 잘하는 회사는 어디인지도....
▣ 양자 컴퓨팅은 전통적인 컴퓨터와는 근본적으로 다른 원리를 사용하는 컴퓨팅 기술입니다. 양자 컴퓨터는 양자역학, 즉 원자와 전자와 같은 초미세한 입자의 성질을 활용하여 정보를 처리합니다. 이러한 양자 컴퓨터는 복잡한 문제를 해결하는 데 훨씬 효율적인 방식을 제공하여, 현재의 컴퓨터로는 해결할 수 없는 일부 문제들을 처리할 수 있습니다.
▶ 양자 컴퓨팅의 핵심 개념은 양자 비트(Quantum Bit, 줄여서 큐비트)입니다. 전통적인 컴퓨터의 기본 단위인 비트(Bit)는 0과 1로 나타낼 수 있는데, 큐비트는 이보다 더 복잡한 상태를 가질 수 있습니다. 큐비트는 0과 1 상태 사이의 양자 상태를 동시에 가질 수 있는데, 이를 양자 중첩(Superposition)이라고 합니다. 이러한 중첩은 양자 컴퓨터가 많은 계산을 동시에 수행할 수 있게 하여 처리 속도를 크게 높여줍니다.
▶ 또 다른 중요한 양자 컴퓨팅 개념은 양자 얽힘(Quantum Entanglement)입니다. 양자 얽힘은 두 개 이상의 큐비트가 서로 연관되어 한 큐비트의 상태를 알게 되면 다른 큐비트의 상태도 알 수 있게 되는 현상입니다. 이를 통해 양자 컴퓨터는 높은 연산 병렬성을 달성할 수 있습니다.
양자 컴퓨팅은 다양한 분야에서 혁신적인 발전을 이끌어 낼 가능성을 가지고 있습니다. 예를 들어, 암호학에서는 양자 컴퓨터를 사용하여 대형 소수의 인수분해를 효과적으로 수행할 수 있어, 현재 사용되고 있는 암호 체계를 무력화시킬 수 있습니다. 또한, 재료과학, 화학, 의학 등에서는 양자 컴퓨터를 사용하여 분자의 복잡한 상호 작용을 모델링하고, 새로운 물질이나 약물을 개발하는 데 도움이 될 것으로 기대됩니다.
그러나 양자 컴퓨터는 아직 초기 단계에 있어 상용화에는 시간이 걸릴 것으로 예상됩니다. 현재의 양자 컴퓨터는 에러율이 높고, 안정적인 양자 비트를 유지하는 것이 어렵다는 문제가 있습니다. 이를 해결하기 위해 연구자들은 오류 수정 알고리즘과 더 나은 양자 비트 디자인을 개발하는 데 주력하고 있습니다.
또한, 양자 알고리즘 개발도 양자 컴퓨팅의 성장에 필수적인 요소입니다. 전통적인 컴퓨팅 알고리즘과는 다른 방식으로 작동하는 양자 알고리즘을 연구하고 개발하여, 양자 컴퓨터의 특성을 최대한 활용할 수 있어야 합니다. 이미 몇 가지 양자 알고리즘, 예를 들어 쇼어 알고리즘(Shor's algorithm)이나 그로버 알고리즘(Grover's algorithm) 등이 개발되었지만, 다양한 분야에 적용하기 위해서는 추가적인 연구와 발전이 필요합니다.
양자 컴퓨팅 기술이 성숙하게 되면, 인공지능, 최적화 문제, 클라우드 컴퓨팅, 금융 등 다양한 산업 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대되고 있습니다. 하지만 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터를 완전히 대체하지는 않을 것입니다. 양자 컴퓨터는 특정한 복잡한 문제들을 해결하는 데 뛰어난 성능을 발휘하지만, 전통적인 컴퓨터가 효과적으로 처리할 수 있는 일반적인 작업들에는 양자 컴퓨터의 이점이 크지 않을 수 있습니다. 따라서 두 가지 유형의 컴퓨터는 앞으로도 서로 보완적인 역할을 수행할 것으로 예상됩니다.
▣ 양자컴퓨팅이 상용화하는데 대표적인 장애물이 어떤 것들이 있는지요? 그리고, 이에 대한 해결책은 있는지요?
양자 컴퓨팅 상용화에 대한 주요 장애물은 다음과 같습니다:
▶ 양자 비트의 안정성 : 현재의 양자 비트는 환경적인 노이즈와 미세한 온도 변화에 매우 민감하며, 이로 인해 양자 상태가 금방 붕괴되는 현상이 발생합니다. 이러한 현상은 양자 컴퓨터의 오류율을 높이고, 실제 계산의 정확성을 저하시킵니다.
- 해결책: 양자 비트의 안정성을 개선하기 위해, 초저온 환경에서 양자 컴퓨터를 작동시키거나, 더 나은 에러 수정 알고리즘과 오류 내성 양자 비트를 개발하는 등의 연구가 진행되고 있습니다.
▶ 스케일링 : 큰 양자 컴퓨터를 구축하는 것은 매우 어렵습니다. 수천 개 이상의 큐비트를 가진 큰 양자 컴퓨터는 더 복잡한 에러 수정 알고리즘이 필요하며, 큐비트 간의 상호 작용도 관리하기 어려워집니다.
- 해결책: 연구자들은 모듈러 방식의 양자 컴퓨터 디자인 및 재구성 가능한 큐비트 연결을 통해 양자 컴퓨터의 스케일링 문제를 해결하려고 노력하고 있습니다.
▶ 양자 알고리즘 개발 : 양자 컴퓨팅이 전통적인 컴퓨터와는 다른 원리로 작동하기 때문에, 새로운 양자 알고리즘 개발이 필요합니다. 현재까지 개발된 양자 알고리즘은 제한적이며, 실제 상용화를 위해서는 더 많은 양자 알고리즘 개발이 요구됩니다.
- 해결책: 연구자들은 다양한 분야에서 적용 가능한 양자 알고리즘을 개발하기 위해 꾸준한 연구를 진행하고 있습니다. 알고리즘 개발에 대한 이해를 높이고, 양자 컴퓨터의 특성을 최대한 활용할 수 있는 알고리즘을 연구하는 것이 중요합니다.
▶ 양자-클래식 연동 : 양자 컴퓨터가 상용화되면, 기존의 클래식 컴퓨터와의 상호 작용이 필요할 것입니다.
- 해결책: 양자 컴퓨터와 클래식 컴퓨터 간의 효율적인 상호 작용을 가능하게 하는 인터페이스 및 프로토콜 개발이 필요합니다. 이를 위해 연구자들은 양자 컴퓨터와 클래식 컴퓨터 간의 정보 전송 및 처리 방법에 대한 연구를 진행하고 있습니다.
▣ 양자 컴퓨팅을 선도하고 있는 기업들
▶ IBM : IBM은 양자 컴퓨팅 분야에서 선두주자로 꼽히며, 'IBM Quantum Experience'를 통해 클라우드를 통한 양자 컴퓨팅 접근을 제공하고 있습니다. IBM은 상용 양자 시스템인 IBM Q System One을 개발했으며, 기업 및 연구 기관과 협력해 양자 알고리즘 및 양자 어플리케이션 개발을 지원하고 있습니다.
▶ Google : Google은 양자 컴퓨터 분야에서 주요 기업 중 하나로, 2019년에 양자 우위 (quantum supremacy)를 달성했다고 발표한 Sycamore 프로세서를 개발했습니다. Google은 양자 컴퓨팅 기술의 발전을 가속화시키고, 암호학, 최적화, 인공 지능 등 다양한 분야에서 양자 컴퓨팅의 활용을 연구하고 있습니다.
▶ Microsoft : Microsoft는 양자 컴퓨팅의 하드웨어 및 소프트웨어 연구에 투자하고 있으며, 토폴로지얼 큐비트 (Topological Qubit) 기반의 양자 컴퓨터 개발을 추구하고 있습니다. 이를 위해 Microsoft는 양자 개발 키트(Quantum Development Kit) 및 Q# 프로그래밍 언어를 제공하여, 개발자들이 양자 컴퓨팅 알고리즘을 쉽게 구현하고 테스트할 수 있도록 지원하고 있습니다.
▶ Rigetti Computing : Rigetti Computing은 양자 컴퓨팅 기술을 개발하는 스타트업 중 하나로, 초전도 기반의 양자 프로세서 및 양자 컴퓨팅 시스템을 개발하고 있습니다. Rigetti는 또한 클라우드 기반 양자 컴퓨팅 플랫폼인 'Quantum Cloud Services'를 제공하여, 기업 및 연구자들이 양자 컴퓨팅 리소스에 접근하고 양자 알고리즘을 실행할 수 있도록 지원하고 있습니다. Rigetti는 최적화 문제, 인공 지능 및 머신러닝, 재료과학 등 다양한 분야에서 양자 컴퓨팅의 활용 가능성을 탐구하고 있습니다. 최근 몇달간 1달러를 오르내리고 있습니다. 이러다가 동전주로 상폐되지 않을까 우려되기도 합니다.
이와 같이 IBM, Google, Microsoft, Rigetti Computing 등의 기업들은 양자 컴퓨팅 하드웨어 및 소프트웨어의 발전을 선도하며, 암호학, 최적화, 인공 지능, 재료과학, 화학, 금융 등 여러 분야에서 양자 컴퓨팅의 활용 가능성을 연구하고 있습니다. 이러한 기업들은 또한 개발자와 연구자들이 양자 컴퓨팅 리소스에 접근하고 양자 알고리즘을 개발할 수 있도록 도구와 플랫폼을 제공함으로써, 양자 컴퓨팅 분야의 성장을 촉진하고 있습니다.
▣ IBM, Google, Microsoft, Rigetti Computing 외에도 양자 컴퓨팅 분야에서 기술력을 보유한 스타트업 및 상장 회사들이 있습니다. 다음은 그 중 일부입니다:
▶ IonQ : IonQ는 트랩된 이온(trapped ion) 기반의 양자 컴퓨팅 기술을 개발하는 스타트업입니다. 이 기업은 양자 컴퓨터의 안정성과 확장성을 높이기 위해 초소형 이온 함정 기술을 사용하고 있습니다. IonQ는 2021년에 미국 증시에 상장되었습니다.
▶ D-Wave Systems : D-Wave Systems는 양자 어느레이터 기반의 양자 컴퓨터를 개발하고 있는 회사입니다. 양자 어느레이터는 광범위한 최적화 문제를 풀기에 적합한 특수 목적의 양자 컴퓨터입니다. D-Wave는 미국 증시 상장을 추진하고 있다고 알려져 있습니다.
▶ PsiQuantum : PsiQuantum은 포톤 기반의 양자 컴퓨팅 기술을 개발하는 스타트업입니다. 이 기업은 실리콘 포토닉스 기술을 이용해 대규모 양자 컴퓨터를 구축하려고 합니다.
▶ Xanadu : Xanadu는 포톤 기반의 양자 컴퓨팅 하드웨어 및 소프트웨어를 개발하는 스타트업입니다. 이 기업은 포톤을 이용한 양자 컴퓨팅 기술과 함께, 양자 컴퓨터와 클래식 컴퓨터 간의 통신을 가능하게 하는 양자 통신 시스템을 연구하고 있습니다.
이 외에도 여러 스타트업 및 기업들이 양자 컴퓨팅 분야에서 활동하고 있습니다. 이들 기업은 각각 다양한 기술 및 전략을 통해 양자 컴퓨팅 시장을 선도하려고 노력하고 있으며, 앞으로의 기술 발전에 따라 양자 컴퓨팅 분야의 경쟁이 더욱 치열해질 것으로 예상됩니다.
▣ 양자컴퓨팅 회사에 투자를 한다면, IBM, Google, Mircosoft와 같은 대기업 계열이 좋을까요? 아니면 Rigetti Computing, IonQ, D-Wave Systems, PsiQuantum, Xanadu 같은 스타트업 계열이 좋을까요?
투자를 결정하는 것은 개인의 목표와 위험 허용도, 투자 기간 등에 따라 다릅니다. 따라서 양자 컴퓨팅 분야에 투자할 때도 이러한 요소를 고려해야 합니다. 대기업과 스타트업 간에 어떤 선택이 더 좋은지를 판단하기 위해, 각각의 특징을 이해하는 것이 중요합니다.
▶ 대기업 계열 (IBM, Google, Microsoft 등)의 장점:
- 자금력 : 대기업은 보통 큰 자금력을 가지고 있어 연구 및 개발에 적극 투자할 수 있습니다.
- 안정성 : 이러한 기업들은 이미 다양한 사업 영역에서 안정적인 수익을 창출하고 있어, 투자의 안정성이 상대적으로 높습니다.
- 기술 리더십 : 대기업들은 양자 컴퓨팅 분야의 주요 기술 및 플랫폼을 개발하고 있으며, 이를 통해 시장 선도 역할을 할 가능성이 높습니다.
▶ 스타트업 계열 (Rigetti Computing, IonQ, D-Wave Systems, PsiQuantum, Xanadu 등)의 장점:
- 성장 잠재력 : 스타트업들은 상대적으로 높은 성장 잠재력을 가지고 있습니다. 양자 컴퓨팅 분야에서 혁신적인 기술이나 제품을 개발한 경우 큰 시장 점유율을 얻을 수 있습니다.
- 전문성 : 스타트업들은 특정 기술이나 어플리케이션에 집중하여 전문성을 갖출 수 있습니다. 이를 통해 해당 분야에서 경쟁력을 확보할 수 있습니다.
- 수익률 : 성공적인 스타트업 투자는 높은 수익률을 가져올 수 있지만, 동시에 높은 위험도를 수반합니다.
대기업과 스타트업에 투자할 때 각각의 특징을 고려하여 결정하시길 바랍니다. 투자의 안정성을 중요시하는 경우 대기업에, 높은 성장 잠재력을 추구하는 경우 스타트업에 투자하는 것을 고려할 수 있습니다.
▣ 양자 컴퓨팅 시장은 언제 본격적으로 성장할 수 있을까요? 시장 전망도 알려주세요
양자 컴퓨팅 시장의 본격적인 성장 시기를 정확하게 예측하기는 어렵습니다. 그러나 양자 컴퓨팅 기술이 발전하고, 양자 알고리즘 및 어플리케이션 개발이 증가함에 따라 다음 5-10년 내에 양자 컴퓨팅 시장이 큰 성장을 이룰 것으로 예상됩니다.
시장 전망에 대해 말씀드리겠습니다:
▶ 기술 발전: 양자 컴퓨팅 기술의 성숙도가 높아짐에 따라, 큐비트의 안정성, 스케일링, 양자-클래식 연동 등의 문제가 해결되어, 양자 컴퓨팅의 상용화가 가능할 것입니다.
▶ 산업적 활용: 양자 컴퓨팅 기술이 성장하면, 인공 지능, 최적화, 재료과학, 금융, 암호학 등 다양한 산업 분야에서 혁신적인 솔루션을 제공할 수 있습니다. 이를 통해 양자 컴퓨팅 시장은 꾸준한 성장을 지속할 것으로 예상됩니다.
▶ 투자 증가: 기업 및 정부 기관은 양자 컴퓨팅 연구 및 개발에 대한 투자를 늘리고 있습니다. 이러한 투자 증가는 양자 컴퓨팅 기술의 발전을 가속화시키고 시장 성장을 촉진할 것입니다.
▶ 인력 양성 및 교육: 양자 컴퓨팅에 대한 전문가 및 개발자의 수요가 증가함에 따라, 교육 및 인력 양성 프로그램이 확대되어야 합니다. 이를 통해 양자 컴퓨팅 분야의 전문 인력 확보가 가능해지며, 시장 성장을 지원할 것입니다.
이와 같이 양자 컴퓨팅 시장은 기술 발전, 산업적 활용, 투자 증가, 인력 양성 등 여러 요인에 의해 꾸준한 성장을 이룰 것으로 예상됩니다. 그러나 본격적인 성장 시기와 세부 시장 규모를 정확하게 예측하기는 여전히 어려운 상황입니다.
▣ 양자 컴퓨팅이 실생활에서는 어떤 분야에 적용이 될까요? 몇가지 사례를 들어주세요
양자 컴퓨팅은 전통적인 컴퓨터로는 어려운 문제를 빠르게 해결할 수 있는 놀라운 잠재력을 가지고 있습니다. 이를 통해 다양한 분야에 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대되고 있습니다. 양자 컴퓨팅이 적용될 수 있는 몇 가지 사례를 살펴보겠습니다.
▶ 약물 개발 및 바이오 테크놀로지 : 양자 컴퓨터는 분자 시뮬레이션을 통해 약물 개발 과정을 가속화할 수 있습니다. 이를 통해 새로운 치료법이나 약물이 더 빠르게 개발되어 환자들에게 도움을 줄 수 있습니다.
▶ 최적화 문제 : 양자 컴퓨터는 복잡한 최적화 문제를 효율적으로 해결할 수 있습니다. 이를 통해 물류, 공급망 최적화, 금융 포트폴리오 관리, 통신 네트워크 설계 등 다양한 분야에서 성능 향상이 가능합니다.
▶ 인공지능 및 기계학습 : 양자 컴퓨팅은 머신러닝 알고리즘의 학습 및 처리 속도를 개선할 수 있습니다. 이를 통해 더욱 정교한 인공지능 시스템이 개발되고, 의료, 금융, 로보틱스 등 다양한 분야에서 혁신이 이루어질 것으로 예상됩니다.
▶ 암호학 및 보안 : 양자 컴퓨터는 현재 널리 사용되는 암호화 기술을 해독할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 이로 인해 새로운 양자안전 암호화 기술이 필요하게 되며, 이는 보안 산업에 큰 변화를 가져올 것입니다.
▶ 기후 및 환경 연구 : 양자 컴퓨팅은 기후 모델링 및 시뮬레이션의 정확도를 향상시킬 수 있습니다. 이를 통해 기후 변화와 관련된 예측 및 대응 전략을 개선할 수 있으며, 신재생 에너지 시스템의 최적화도 가능합니다.
이제는 양자 컴퓨팅에 관련된 3월 1일자 뉴스 기사 하나를 공유해드립니다.
[ InvestorPlace ]
The Top 3 Growth Stocks in Quantum Computing
March 01, 2023
완전히 상용화되면 양자 컴퓨팅은 인류를 새로운 개척지로 이끌 수 있습니다. 인공 지능(AI) 및 ChatGPT와 같은 대규모 언어 모델(LLM)과 같이 현재 제한된 규모로 사용하는 기술은 강도와 규모를 크게 성장시키는 데 필요한 핵심 리소스를 갖게 될 것입니다.
처리 능력은 우리가 첨단 기술에 도달하는 데 제한 요소입니다. 현재 칩은 너무 작게만 만들 수 있기 때문에 제한된 표면적을 가지고 있습니다. 처리 능력의 기하급수적 도약이 중단되면서 Nvidia의 CEO인 Jensen Huang은 작년 Q&A 세션에서 "무어의 법칙은 죽었다"고 말했습니다.
양자 컴퓨팅이 앞으로 나아갈 수 있는 방법이 될 수 있지만 기술은 여전히 실험적이며 이를 개발하는 회사는 여전히 연구 개발(R&D) 단계에 있습니다. 상업화는 10년 정도 뒤에야 가능합니다.
그러나 인내심 있는 투자자들에게 이것은 우리가 양자 컴퓨팅 성장주들이 너무 비싸지기 전에 오늘 뛰어들 수 있다는 것을 의미하며, 시장의 나머지 부분이 따라잡으면 잠재적으로 엄청난 이익을 실현할 수 있습니다.
따라서 투자자는 다음과 같은 양자 컴퓨팅 성장주를 지금 구매할 수 있습니다.
IonQ는 순수 양자 컴퓨팅 주식으로 지난 몇 년 동안 큰 발전을 이루어왔습니다. 올해 1월에 회사의 양자 솔루션인 Ion Q Aria가 Microsoft의 Azure 하이브리드 클라우드 플랫폼에 통합되어 양자 컴퓨팅 상용화의 주요 단계를 밟았습니다.
월스트리트는 IonQ의 전망에 대해 매우 낙관적이며, 글쓴 시점에서 $9.50의 애널리스트 목표가를 가지고 있어 105.2%의 잠재적인 상승 가능성이 있습니다. IonQ가 저렴한 양자 컴퓨팅 주식으로 여겨지는 이유 중 하나는 현재 52주 최저점 근처에서 거래되고 있으며, $15.44의 최고점에서 하락했다는 점입니다.
IonQ는 지난해 3분기에 주당 손익(EPS)이 마이너스 12센트를 기록했습니다. 매출은 276만 달러로, 2분기의 261만 달러에서 증가했습니다. 그래도 IonQ는 아직 5-7달러 사이를 오가고 있습니다.
Arqit Quantum은 주목할 만한 양자 컴퓨팅 성장주입니다. 이 회사는 보안 및 암호화된 통신을 제공하고, 데이터 저장 및 컴퓨팅 파워를 다양한 응용 분야에 제공하기 위해 양자 컴퓨팅 네트워크를 개발하고 있습니다.
회사는 사이버보안 분야에서 품질 높은 파트너를 영입했으며, 이에는 Nine23이 포함됩니다. Nine23는 영국 정부와 같은 청사진 고객을 위한 사설 클라우드 인프라를 안전하게 보호하는 회사입니다. Nine23는 자사의 디지털 마켓플레이스를 통해 Arqit의 QuantumCloud 기술을 제공할 것이며, 이를 통해 정부 및 상업 고객이 Arqit의 양자 기능을 활용할 수 있게 됩니다.
Arqit은 이익이 나는 소수의 양자 주식 중 하나입니다. 분석가들은 내년에 이 회사의 순이익이 상당히 증가할 것으로 예상하며, 주당 27센트로 증가할 것으로 전망하고 있습니다. 22년말까지 5달러 위에 머무르다가 23년 들어서 점차 1달러에 가까워지고 있습니다. 이익이 나는 양자 주식이라는데, 뭔가 아쉽습니다.
D-Wave Quantum은 세계 최초의 상업용 양자 컴퓨팅 회사 중 하나로, 기업 및 정부 기관을 위한 양자 기술 및 서비스를 제공합니다. D-Wave 2000Q 시스템이라는 양자 컴퓨팅 플랫폼을 통해 양자역학의 힘을 이용하여 복잡한 최적화 문제를 해결합니다.
D-Wave는 본격적인 상용화를 향해 빠르게 진전하고 있습니다. 회사는 지난해 10월 Amazon AWS 마켓플레이스를 통해 개발자들에게 처리능력을 제공하였으며, 이를 통해 회사에 새로운 수익 흐름을 만들어냈습니다.
그러나 월스트리트의 주식에 대한 의견은 명확하지 않습니다. 한편으로는 글쓴 시점에서 회사 주식이 놀라운 852.4%의 상승 가능성을 보여주며, $6.67의 목표가를 가지고 있습니다. 이 평가는 네 명의 다른 분석가들로부터 제공되었습니다. 반면에 D-Wave는 수익성이 없을 뿐만 아니라 손실이 더 확대될 것으로 예상됩니다. 주당 손익(EPS)은 마이너스 45센트이며, 앞으로 61센트로 더 하락할 것으로 예상됩니다. QBTS라는 코드명을 가진 D-Wave Quantum은 1달러 아래로 떨어진지 2달이 넘었습니다. 미국 증시에서는 오랜 기간 1달러 아래로 내려가 있으면 동전주라고 해서 상폐를 당하기도 합니다.
결론 : 미국 증시에 상장된 양자 컴퓨팅 관련 스타트업을 살펴보면, IONQ를 제외하고는 5달러 위에 머무르고 있는 주식이 없습니다. Arqit Quantum은 이익이 나고 있다는데, 왜 주식이 가라앉고 있는지 의문입니다. 암튼, 결국 하이 리턴, 하이 리스크가 아닐까 생각됩니다. 스타트업에 투자시, 큰 수익률을 보거나, 회사가 상폐당하거나 둘중 하나로 보입니다. 이런 리스크를 떠안는 것이 싫다면, IBM, Google, Microsoft 등의 대기업에 투자하는 것이 답인 듯 합니다.
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