컴퓨팅
양자 큐비트가 과대평가되고 있나요? 합리적 물리학 논쟁
양자 컴퓨터는 컴퓨팅 혁신 중 가장 유망하면서도 가장 혼란스러운 분야입니다. 한편으로 양자 컴퓨터는 기존에 불가능했던 계산을 수행할 것을 약속하며, 때로는 일반 컴퓨터의 모든 규칙과 제한을 깨는 것처럼 보입니다.
다른 한편으로, 양자 컴퓨터는 구축이 매우 어렵고 유용한 수준으로 연산 능력을 확장하기도 어렵습니다. 또한 양자 물리학에 대해 아직 이해하지 못한 부분이 많아 양자 컴퓨터 개념이 예상치 못한 놀라움에 취약합니다. 예를 들어, 양자 중력에 대한 적절한 이론은 수십 년 동안 찾기 어려웠으며, 이는 양자 역학에 대한 우리의 이해에 근본적인 결함이 있음을 시사할 수 있습니다.
양자 물리 자체에서 비롯된 이러한 근본적인 제한에 대한 생각은 최근 옥스퍼드 대학교 연구원이자 혼돈 이론과 기후 연구로 유명한 팀 팔머에 의해 더욱 자세히 설명되었습니다.
그는 양자 공간의 근본적인 수학적 특성이 실제 양자 컴퓨터의 용량을 이전보다 훨씬 더 제한할 수 있다고 생각합니다.
He published his study in the prestigious scientific journal PNAS1, under the title “합리적 양자 역학: 양자 컴퓨터로 양자 이론 테스트”.
과대광고 이해하기: 양자 컴퓨터는 어떻게 작동하는가?
핵심은 일반 컴퓨터처럼 1과 0의 값을 갖는 “이산” 비트 대신, 양자 컴퓨터의 큐비트는 양자 중첩과 얽힘을 나타낸다는 점입니다.
간단히 말하면, 각 큐비트는 한 번에 더 복잡한 정보를 저장할 수 있어 복잡한 수학 행렬을 이용한 계산을 더 쉽게 만들 수 있습니다.
따라서 전자나 원자의 스핀 값처럼 각 데이터 포인트마다 가능한 값이 많은 복잡한 데이터 세트의 경우, 양자 컴퓨터는 복잡성이 증가함에 따라 각 추가된 큐비트가 지수적으로 용량을 늘리면서 이를 처리할 수 있습니다.
반면 일반 컴퓨터는 한 번에 하나의 비트만 추가하므로, 새로운 데이터 포인트가 추가될 때마다 계산이 지수적으로 복잡해지면 빠르게 관리가 어려워지고, 급증하는 복잡성이 최고의 일반 슈퍼컴퓨터의 용량조차도 압도하게 됩니다.
적어도 이것이 고전 양자 물리학이 작동하는 방식에 대한 주류 개념이 뒷받침하는 이론입니다. 그러나 팔머 교수는 이것이 사실이 아니라고 주장합니다.
양자 역학 vs. 합리적 양자 물리학 (RaQM)
Hilbert 공간이란? 양자 힘의 프레임워크
양자 물리학의 “주류” 개념은 일반적으로 “양자 역학”(QM)이라는 용어 아래 묶이며, 양자 규모에서 발생하는 복잡하고 종종 직관에 반하는 현상을 설명합니다.
양자 컴퓨터와 관련된 핵심 요소는 Hilbert 공간이라는 개념입니다. 이 개념은 익숙한 2차원 또는 3차원 공간을 임의의 차원으로 확장하여 대부분의 양자 물리학이 구축되는 수학적 프레임워크를 만듭니다.
“Hilbert 공간은 무한 차원 공간을 정의하는 선형 기하학의 수학적 개념입니다. 다시 말해, 2차원 및 3차원 공간만을 다루도록 제한된 기하학적 개념을 확장하여 무한한 차원에서도 사용할 수 있게 합니다.”
그것이 양자 물리학의 근본적인 도구이기 때문에 거의 의심받지 않으며, 실험적으로 확인된 양자 물리학의 대부분 예측을 가능하게 한 “진정한” 아이디어라고 할 수 있습니다.
“Hilbert 공간은 양자 역학과 같은 분야에서 핵심적인 역할을 하며, 미시적 규모에서 입자의 행동을 이해하기 위한 수학적 프레임워크를 제공합니다. 여기에는 양자 시스템이 시간에 따라 어떻게 변하는지를 설명하는 슈뢰딩거 방정식과 같은 복잡한 방정식을 푸는 응용이 포함됩니다.”
고전적 해석에 따르면, Hilbert 공간의 차원 수는 양자 컴퓨터가 사용하는 큐비트 수에 따라 지수적으로 증가합니다. 이 해석은 Hilbert 공간의 연속성이라는 개념에 전적으로 의존하는데, 바로 이 점이 팔머 교수가 도전하고 있는 아이디어입니다.
합리적 양자 물리학: 연속성에 도전
옥스퍼드 물리학자가 발표한 이 이론은 Hilbert 공간이 실제로 그렇게 작동한다는 가설에 도전하며, 양자 중력의 포착이 이를 시사할 수 있다고 지적합니다. 그는 자신의 이론을 “합리적 양자 역학”(RaQM)이라고 부릅니다.
“우리는 양자 역학의 상태 공간이 연속적인 특성을 가지고 있지만 본질적으로 이산적인 무언가를 근사한다는 개념에 기반한 양자 물리학 이론을 제시하며, 이러한 이산성의 원인이 중력이라고 주장합니다.”
아이디어는 Hilbert 공간이 실제로 입자화되어 있지만, 다른 기본 물리력에 비해 중력이 매우 약하기 때문에 그 입자 크기가 극히 작다는 것입니다. 그는 이러한 아이디어를 동료 과학 논문2에서 “양자 역학의 미스터리 해결: 왜 자연은 연속성을 혐오하는가”라는 제목으로 더 발전시켰습니다.
수학적 세부 사항에 들어가지 않더라도, 양자 상태는 특정 “합리적” 관측값에 대해서만 정의된다고 여겨집니다. 이는 복소수 √(-1)와 같은 가상의 수나 사원수와 같은 개념에 대한 약간 다른 이해를 초래하며, QM과 비교했을 때 RaQM에서는 양자 상태를 보다 현실적으로 해석할 수 있게 합니다.
또는 팔머 교수가 말하듯, 그의 이론은 슈뢰딩거의 고양이와 같은 양자 물리학의 유명한 역설 중 일부를 제거합니다.
“RaQM에서는 고양이가 더 이상 동시에 살아있고 죽은 상태가 아닙니다.”
1,000-큐비트 한계: 미래에 대한 실용적 함의
초고성능 양자 컴퓨터의 전제 중 핵심은 더 많은 큐비트를 추가하면 수학적 문제를 해결하기 위한 더 많은 “차원”이 추가된다는 것입니다. 이 가정은 Hilbert 공간이 큐비트가 추가될수록 무한한 “새로운 데이터 저장소”(차원)를 제공한다는 아이디어에 기반합니다.
따라서 팔머 교수의 아이디어는 양자 컴퓨터에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.
만약 이것이 사실이라면, 양자 상태의 정보량은 큐비트 수에 따라 선형적으로 증가하며, 이전에 생각했던 것처럼 지수적으로 증가하지 않게 되어 양자 컴퓨터의 가장 큰 전제를 사실상 무너뜨리게 됩니다.
“임계 이상의 얽힌 큐비트 수를 초과하면, 양자 상태에 Hilbert 공간의 각 차원에 하나의 비트 정보를 할당할 충분한 정보가 존재하지 않게 됩니다. 이 경우, Hilbert 공간 전체를 활용하는 양자 알고리즘은 고전 알고리즘에 비해 양자 우위를 잃게 됩니다.”
논문은 이 임계점이 양자 컴퓨터가 약 수백 개에서 최대 1,000개의 오류 보정 큐비트를 초과할 때 도달할 수 있다고 추정합니다.
이는 예를 들어 4,099개의 큐비트가 필요해 2048비트 RSA 키를 깨는 Shor 알고리즘을 사용해야 하는 등, 중요한 수준의 암호화를 깨기 위해 필요한 임계치보다 훨씬 낮은 수치임을 유념해야 합니다.
만약 팔머 교수가 옳다면, 현재 우리가 이해하고 있는 양자 컴퓨터로부터 암호화는 영원히 안전하게 유지될 수 있음을 의미합니다.
많은 양자 컴퓨터 프로토타입이 이 한계에 가까워지고 있으며, 단독으로든 네트워킹을 통해서든 우리는 곧 이 아이디어가 사실인지 알게 될 가능성이 높습니다.
‘QM은 모든 실험적 도전에 부응했으며, 따라서 논문에서는 몇 년 안에 수행될 수 있는 실험(양자 기술 로드맵을 믿는다면)을 제안하여 RaQM을 QM과 비교 테스트하고자 합니다.’
이 개념이 사실로 입증된다면 양자 컴퓨터의 잠재력을 제한하는 것을 넘어 양자 물리학에 큰 파장을 일으킬 수 있습니다. 이는 실용적 응용이 이전보다 제한적일지라도 양자 컴퓨터 자체를 매우 중요한 존재로 만들 수 있습니다.
“양자 컴퓨터가 양자 역학의 후속 이론을 찾는 실험뿐만 아니라, 더 중요한 것은 양자와 중력 물리를 통합하는 이론을 찾는 실험을 제공한다면, 이는 수년간 양자 컴퓨팅에 투입된 모든 노력에 대해 매우 뛰어난 결과가 될 것입니다.”
전략적 투자 시사점: 양자 위험 관리
이 새로운 개념은 아직 입증되지 않았으며, 실제로 물리학자들의 양자 역학에 대한 합의와는 급진적으로 다릅니다. 따라서 현재로서는 매우 흥미롭지만 입증되지 않은 이론으로, 이론 수학에만 존재합니다.
하지만 양자 컴퓨팅 주식에 투자하는 투자자들은 이 점에 주목해야 합니다. 이는 양자 물리학이 아직 완전히 이해되지 않았으며, 실용적 응용에서 놀라운 새로운 가능성과 제한 모두를 내포하고 있음을 상기시켜 줍니다.
또 다른 요소는 암호화가 양자 컴퓨터로부터 영구적으로 안전하다면 비트코인도 마찬가지라는 점입니다. 비트코인은 최근 양자 컴퓨팅의 진보로 곧 ‘깨질’ 가능성이라는 서사에 시달렸으며, 이 주제는 우리가 “포스트-양자 투자 감사: 2026년 상위 10개 주식”에서도 다루었습니다.
따라서 두 위험을 서로 대비하여 균형을 맞추는 것이 타당할 수 있습니다:
- 양자 컴퓨터가 1,000개 이상의 큐비트라는 최대 임계점에 도달하면 비트코인은 안전해지고, 비트코인 가격을 하락시키던 서사는 사라집니다.
- 팔머 교수가 틀렸다면 양자 컴퓨터는 실제로 포트폴리오의 비트코인 부분을 위협할 수 있지만, 동시에 암호화와 물질 세계에 대한 더 깊은 이해에서 상상하기 어려운 계산 능력을 발휘할 수 있습니다.
따라서 양자 컴퓨팅 주식과 암호화폐를 혼합한 포트폴리오가 두 경우 모두를 가장 잘 완화할 가능성이 높습니다.
양자 컴퓨팅 투자를 위해서는 Honeywell 및 그 양자 컴퓨팅 자회사 Quantinuum에 대한 우리의 투자 보고서 또는 기사 “2025년 최고의 양자 컴퓨팅 기업 5선”를 참고할 수 있습니다.
참고 문헌:
1. Tim Palmer. 합리적 양자 역학: 양자 컴퓨터로 양자 이론 테스트. PNAS. 123 (12) e2523350123. 2026년 3월 16일. https://doi.org/10.1073/pnas.2523350123
2. Tim Palmer. 양자 역학의 미스터리 해결: 왜 자연은 연속성을 혐오하는가. Proceedings of the Royal Society. 2026년 2월 18일. https://arxiv.org/abs/2602.16382
