“양자 머신러닝 시대 온다”... 아이온큐 CTO가 말하는 미래

김정상 아이온큐 창업자 겸 최고기술책임자(CTO)는 10월 31일(현지시각) 미국 워싱턴 D.C. 로널드 레이건 빌딩에서 열린 디파이 컨퍼런스(DEFY Conference) 첫째 날 기조연설에서 “불가능하다고 여겨지던 문제를 해결할 수 있을지 모른다는 점에서 양자 컴퓨팅은 매우 매력적인 기회”라며 이같이 말했다. 

과학적 발견에서 기술 혁신이 탄생하고 추후 널리 받아들여지는데, 양자역학 및 양자 컴퓨터도 비슷한 경로를 밟고 있다는 주장이다. 듀크대 전자·컴퓨터공학과 교수이기도 한 김 CTO가 바라보는 양자 컴퓨팅 시대는 어떤 모습일까.

김 CTO는 1947년 발명된 트랜지스터를 대표적 기술 혁신 사례로 제시했다. 반도체 물리학 이론을 바탕으로 트랜지스터가 최초 발명됐고, 그로부터 11년이 흘러 1958년 집적 회로(IC)라는 기술 혁신으로 이어졌으며 지금의 컴퓨터로 발전해 널리 사용됐다는 것이다.  

기술 혁신의 핵심은 ‘실용성’이기 때문에 컴퓨터가 이 길을 따라 발전했다는 논리다. 한번 입사된 빛이 밖으로 빠져나가지 않고, 내부에서 계속 반사하며 이동하는 물리 현상에서 광섬유를 발명한 사례도 마찬가지다. 물리학에서 출발한 광섬유가 실용성을 갖추게 되면서 전 세계인은 빠른 인터넷, 방대한 정보 교류의 혜택을 누릴 수 있게 됐다. 

김 CTO는 “양자 얽힘 현상이 실재한다는 걸 검증한 물리학자 3명이 2022년 노벨 물리학상을 수상했다”며 “양자 중첩, 얽힘과 같은 물리 현상은 자연의 근본적인 속성”이라고 했다. 

그는 이어 “물리학자들은 아원자, 소립자가 과거 우리가 알고 있던 것과 매우 다르게 움직인다는 걸 알아챘고, 그게 양자역학의 시작이었다”며 “양자역학이 미래에 어떤 영향을 미칠지 모두가 계속 찾아내고 발전시켜 변화를 만들어야 한다”고 강조했다. 

김 CTO는 “초기 단계의 기술은 관련 산업이 아직 존재하지 않기 때문에 기회를 포착하기가 정말 어렵다”며 “초기 단계 기술은 파괴적 혁신, 비전과 상상력에 의해 주도돼야 한다”고 했다.

김 CTO는 양자 컴퓨팅을 활용하면 특히 복잡한 패턴을 매핑하거나 예측할 때 큰 효과를 볼 수 있을 것이라고 강조했다. 양자 머신러닝(Quantum Machine Learning, QML) 시대가 올 것이란 관측이다. 

김 CTO는 실제로 마이크로소프트(Microsoft)와 애플(Apple)의 과거 1년 주가 데이터를 활용해 상관관계를 예측하는 모델을 예제로 제시했다. 

고전적인 머신러닝(ML, 기계학습) 기술로 두 회사 주가의 상관 관계 패턴을 재현할 경우 이런 패턴을 생성하는 AI 모델 학습을 위해 약 2만 번의 반복(iteration)이 필요했다. 또 이상값(outlier)이 잘 표현되지 않았다. 반면 양자 머신러닝의 경우 이상값이 실제와 비슷하게 표현되며 반복도 26번이면 충분했다. 

김 CTO는 “아이온큐의 양자 컴퓨터를 활용한 양자 머신러닝을 사용하면 실제 상황과 매우 유사한 데이터를 훨씬 더 효율적으로 생성할 수 있었다”며 “상관관계가 있는 변수의 수가 더 많아지면 고전적인 모델링이 매우 어려워진다. 양자 머신러닝이 유용한 이유”라고 설명했다. 

에너지를 덜 쓰면서 동시에 훨씬 복잡한 연산을 수행할 수 있는 셈이다. 화학, 재료 분야 등 복잡한 연산이 필요한 다양한 분야에 적용이 가능할 것이란 관측이 나온다. 그는 “양자 컴퓨터가 해결할 수 있는 문제 중 우리가 해결하기 어려운 문제들이 있을 것이라고 확신한다”고 했다.

김 CTO는 메릴랜드주 칼리지파크에 본사를 둔 아이온큐(IonQ)의 공동창업자로서 ‘스타트업 창업 및 운영’에 대한 조언도 아끼지 않았다. 2015년 설립된 아이온큐는 2021년 10월 스팩(기업인수목적회사) 합병을 통해 뉴욕증권거래소(NYSE)에 상장했다. 

김 CTO는 “기회를 찾기 위해서는 지식 등 탄탄한 기초가 있어야 하지만, 창의적 접근 방식도 필요하다. 창의성은 열린 마음을 가지고 항상 기존의 통념에 도전하는 의문 제기에서 비롯된다”고 했다. 

그는 이어 “또 한 가지 알아야 할 것은 항상 다른 사람들과 함께 일해야 한다는 것”이라며 “집단은 항상 개인의 성과를 능가한다. 진정한 리더십은 함께 일하는 사람들로부터 최고의 성과를 끌어내는 것”이라고 강조했다. 

김 CTO는 “최고의 동료와 함께 일하며 그들의 말에 귀를 기울이면 성장할 수 있다”며 “변화하지 않으면 멸종한다. 미래를 바꾸는 것은 여러분 각자의 몫”이라고 했다. 

이날 개최된 디파이 컨퍼런스는 대한민국 과학기술정보통신부 산하 기관인 한국혁신센터(Korea Innovation Center, KIC) 워싱턴DC(센터장: 류시훈)가 주최한 행사다. 10월 31일부터 11월 2일까지 사흘간 워싱턴 D.C. 로널드 레이건 빌딩에서 진행된다.

첫날 행사에는 조현동 주미대사(외교부 1차관), 재싯 싱(Jasjit Singh) 셀렉트USA 글로벌 마켓 대표, 케빈 앤더슨(Kevin Anderson) 메릴랜드주 상무부 장관 등 미국 전역과 한국에서 500명 이상의 핵심 인사, 투자자, 스타트업 창업가들이 참석했다.