양자 기술 응용

고전 컴퓨터의 비트는 0 아니면 1입니다. 큐비트는 중첩 덕분에 0과 1이 겹쳐진 상태가 될 수 있고, 양자 얽힘으로 서로 묶일 수 있습니다. 큐비트 $n$개가 얽히면 $2^n$개의 성분을 가진 하나의 상태가 되므로, 큐비트를 하나 늘릴 때마다 다룰 수 있는 상태 공간이 두 배가 됩니다.

다만 여기서 흔히 오해가 생깁니다. 계산 중에 $2^n$가지가 동시에 처리되는 것은 맞지만, 마지막에 측정하면 그중 하나만 나옵니다. 나머지는 사라집니다. 그래서 양자 컴퓨터의 핵심은 '많이 계산하는 것'이 아니라, 정답이 아닌 성분들이 서로 상쇄되고 정답 성분만 크게 남도록 간섭을 설계하는 것입니다. 이런 설계가 알려진 문제에서만 빨라지고, 그래서 양자 컴퓨터는 만능 고속 컴퓨터가 아닙니다.

양자 암호 통신은 원리가 더 단순하고 이미 실용에 가깝습니다. 도청자가 양자 상태를 몰래 읽으려면 측정을 해야 하는데, 측정하는 순간 상태가 바뀌어 버립니다. 송신자와 수신자가 결과의 일부를 대조하면 도청 흔적이 드러납니다. 알고리즘의 계산 난이도가 아니라 물리 법칙이 보안을 보장한다는 점이 기존 암호와 근본적으로 다릅니다.

가장 큰 장애물은 결어긋남입니다. 큐비트가 주변 환경과 조금이라도 상호작용하면 중첩이 무너집니다. 그래서 극저온·초진공에서 외부와 최대한 끊어 놓고 돌리며, 그럼에도 생기는 오류를 잡기 위해 여러 개의 물리적 큐비트를 묶어 하나의 논리적 큐비트를 만드는 오류 정정이 필요합니다. 지금 기술이 아직 실용 단계에 이르지 못한 핵심 이유가 여기 있습니다.