현대의 암호화 체계는 가장 큰 슈퍼컴퓨터라도 해독하는 데 수백 년이 걸리는 극도로 어려운 수학 문제에 의존한다. 그러나 양자컴퓨터의 고유한 기능은 충분한 크기와 전력에서 이러한 문제가 단순해져서 오늘날의 암호화를 무용지물로 만든다는 것을 의미한다.
이는 사이버 보안에 큰 문제이며 암호화 키를 사용하여 거래를 보호하는 암호화폐에도 큰 문제가 된다. 예를 들어 누군가 비트코인이 사용하는 기본 암호화 체계를 해독할 수 있다면 이 키를 위조하고 거래를 변경하여 코인을 훔치거나 다른 사기 행위를 수행할 수 있다.
이를 위해서는 오늘날보다 훨씬 더 큰 양자컴퓨터가 필요하지만 정확히 얼마나 큰지는 불분명하다. 영국 스타트업 유니버설 퀀텀(Universal Quantum)의 연구원들이 AVS 퀀텀 사이언스(AVS Quantum Science)에 발표한 새로운 논문에 따르면 비트코인을 해독하려면 3억 1700만 ~ 19억 큐비트의 기계가 필요하다.
트랜잭션이 취약한 가변 윈도우가 있기 때문에 큐비트의 범위가 넓다. 처리를 기다리는 동안이며 일반적으로 10분에서 1시간 정도 걸린다. 그 규모의 하단에 있는 양자컴퓨터는 일부 트랜잭션을 선택할 수 있지만 19억 큐비트만 모든 트랜잭션을 대상으로 지정할 수 있음을 보장한다. 때로는 거래를 처리하는 데 하루가 소요될 수 있으며 이 경우 연구원은 1,300만 개가 필요하다고 계산했다.
이 수치는 특정 종류의 양자컴퓨터와 관련이 있다는 점에 유의하는 것이 중요하다. 단일 작업을 수행하는 데 걸리는 시간이나 계산에 얼마나 많은 오류가 발생하는지 등은 양자컴퓨터를 구축하는 데 사용되는 특정 하드웨어 유형에 따라 크게 다를 수 있으며 이러한 요소는 필요한 큐비트 수에 큰 영향을 미칠 수 있다.
이 문제를 해결하기 위해 연구원들은 특정 문제에 필요한 장치의 크기를 계산하면서 이러한 하드웨어 특성을 고려하는 도구를 만들었다. 위의 수치는 1마이크로초의 작동 시간을 가진 기계에 관한 것으로 구글과 IBM이 만들고 있는 초전도 양자컴퓨터에 일반적이다.
Universal Quantum, IonQ 및 Honeywell이 선호하는 트랩핑 된 이온 장치는 작동 시간이 235마이크로초에 가깝다. 실리콘 큐비트에 의존하는 경우 시간이 밀리 초 단위로 증가할 수 있으며, 이는 필요한 큐비트 수를 크게 증가시킬 수 있다.
연구원은 또한 양자컴퓨터가 기존의 컴퓨터를 물 밖으로 날려버릴 것으로 예상되는 또 다른 문제인 분자 시뮬레이션을 조사했다. 아주 적은 수의 입자 사이의 상호 작용을 계산하는 것이 엄청나게 복잡하다는 것은 대부분의 화학 모델링이 근사에 의존한다는 것을 의미하며, 이 마저도 슈퍼컴퓨터가 필요하다. 그러나 양자컴퓨터는 원자 및 분자와 동일한 규칙에 의해 관리되므로 충분한 큐비트가 주어지면 합리적인 시간 프레임 내에 정확한 시뮬레이션을 수행할 수 있어야 한다.
이러한 모델링의 유망한 대상 중 하나는 일부 식물과 미생물이 공기에서 질소를 고정하는 데 사용하는 FeMoco 분자이다. 그것이 작동하는 방식을 이해하면 현재 전 세계 에너지 공급의 2%를 사용하는 산업인 비료 생산의 효율성을 크게 높일 수 있다.
기존의 컴퓨터는 분자를 시뮬레이션 할 수 없지만 연구자들은 초전도 장치가 750만 큐비트를 사용하여 10일 만에 계산을 해결할 수 있음을 발견했다. 같은 수의 큐비트를 사용하면 트랩 된 이온 장치에 2,450일이 소요되며 이는 실용적이지 않을 수 있지만 6억 큐비트 기계로 10일 소요를 달성할 수 있다.
그러나 Universal Quantum이 목표로 삼고 있는 특정 디자인에는 한 가지 트릭이 있다. 초전도 큐비트는 이웃과만 직접 통신할 수 있으며 장거리 통신에는 많은 작업을 빨아들이는 데이지 체인 메시지 전달 상호 작용이 필요하다. 대조적으로, 갇힌 이온 컴퓨터는 훨씬 더 먼 거리에서 직접 상호 작용할 수 있도록 큐비트를 물리적으로 이동할 수 있다.
이렇게 하면 필요한 작업 수가 줄어들어 필요한 큐비트 수가 줄어든다. 더 중요한 것은 초전도 장치에 사용되는 것보다 훨씬 더 효율적일 수 있는 새로운 오류 수정 계획의 문을 열 수 있다는 것이다.
어느 쪽이든, 연구는 비트코인을 크래킹하고 질소 고정을 해결하는 것은 아직 멀었다고 제안한다. 그리고 더 중요한 것은 확장성이 양 컴퓨터, 특히 초전도 경쟁자보다 훨씬 더 많은 큐비트가 필요할 가능성이 있는 갇힌 이온을 기반으로 하는 컴퓨터에서 매우 중요하다는 것을 보여준다.
이미지 출처: Pixabay/Darwin Laganzon
