양자 컴퓨터란 중첩(superposition)과 얽힘(entanglement) 등 양자 물리학의 원리를 이용하여 다수의 정보를 동시에 연산할 수 있도록 구현된 새로운 개념의 컴퓨터이다.

양자 컴퓨터는 0 아니면 1로만 저장할 수 있는 전통적인 컴퓨터의 비트(bit) 대신 0, 1, 그리고 0 과 1의 조합을 동시에 나타내고 저장할 수 있는 양자 비트(quantum bit)인 '큐비트(qupits)'를 이용하여 데이터를 처리한다. 큐비트는 00,01,10,11을 동시에 가질 수 있다. 이처럼 두 상태의 중첩이 가능해짐에 따라 전통적인 컴퓨터보다 데이터 처리 속도도 훨씬 빠르다. 즉 양자 컴퓨터가 상용화된다면 그 성능은 슈퍼컴퓨터보다 최소 1억배 이상 나온 결과를 가져올 것이다. 슈퍼컴퓨터가 150년 걸려 계산할 것을 단 4분만에 끝낼 수 있다고 한다.

양자 컴퓨터는 특정 연산에 최적화된 초고속 대용량 컴퓨팅 기술로, 기존의 컴퓨터 기술로는 해결하지 못했던 머신러닝, 최적화, 신약개발, 암세포 염기서열 분석, 검색 부문의 과제들을 해결해 줄 하나의 수단으로 떠오르고 있다. 양자 컴퓨터의 연산속도는 병렬 처리를 통해 '큐비트' 개수당 2의 n승(제곱)으로 증가한다. 큐비트 2개로는 동시에 2의 제곱인 4가지 상태를, 10 큐비트 2의 10제곱인 1024가지의 상태를 나타낼 수 있다. 따라서 50큐비트 양자 컴퓨터는 2의 50제곱, 즉 1,125조 8,999억 정도의 연산을 처리할 수 있다.

2011년 캐나다의 D-웨이브 시스템즈(D-Wave Systems)사가 최초로 양자 컴퓨터 디웨이브 원(D-Wave 1)을 상용화했다. 이후 IBM과 구글 등도 양자 컴퓨터 개발 및 상용화 계획을 발표하고, 2016년 5월, IBM은 'IBM Q' 5 큐비트 양자컴퓨터를 개발하였다. 또한 2017년 11월에는 50 큐비트 프로세서 프로토타입을 공개했다. 한편 마이크로소프트사는 양자컴퓨터 소프트웨어 개발에 주력하고 있는데, 2017년 12월에 양자 컴퓨터 특화 언어인 큐샵(Q#)이 포함된 퀀텀 개발 키트 베타를 공개헀다. 마이크로소프트의 큐샵은 전통적인 프로그래밍 개념을 양자 컴퓨팅 분야에 도입하는 것을 목적으로 한 프로글매이 언어이다. 최근 구글이 72 큐비트 양자 프로세서를 발표하며 양자컴퓨터에 대한 관심이 급격히 높아졌고, IBM과 구글, 인텔, 마이크로소프트 등이 연구 개발에 전념하고 있다.

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양자 컴퓨터는 월등히 빠른 연산속도를 기반으로 데이터 처리량이 급속히 늘어나고 있는 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 인공지능(AI) 등의 분야에 활용될 것으로 기대된다. 시장조사기관 마켓 시러치 퓨쳐(market research future)는 202년 양자 컴퓨팅 산업의 시장 규모를 24억 6,400만 달러로 예상하고 있다.

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