"대규모 계산도 적은 인프라로 충분"… 中, 실용형 양자 플랫폼 선봬

중국 연구진이 막대한 계산이 필요한 과학·공학 문제를 양자 알고리즘과 양자 시뮬레이션으로 보다 효율적으로 풀기 위한 새로운 플랫폼을 선보였다.

에너지, 금융, 헬스케어 등 복잡한 모델링이 필요한 분야에서 기존 고성능 컴퓨터의 효율 한계를 넘어 계산 성능을 끌어올려, 과학 연구와 산업 혁신을 가속화하겠다는 구상이다.

5일 충칭일보 등 외신에 따르면 중국 상하이교통대 충칭인공지능연구원은 양자 과학 컴퓨팅 플랫폼 '유니터리랩(UnitaryLab) 1.0'을 공개했다.

유니터리랩 1.0의 핵심 기술은 '슈뢰딩거라이제이션(Schrödingerization)'이라 불리는 새로운 양자 알고리즘 계열이다. 상하이교통대 진스, 류나나 연구진이 개발한 이 방법은 선형 미분방정식과 선형계 등 선형 동역학 문제를 한 차원 더 높은 슈뢰딩거형 방정식으로 바꿔, 양자 시뮬레이션으로 풀 수 있게 만드는 방식이다.

즉 현재 고전 알고리즘으로는 차원이 높아질수록 계산량이 폭증해 처리하기 어려운 문제를 양자 시뮬레이션이나 실제 양자컴퓨터에서 처리할 수 있도록 바꿔주는 역할을 한다.

연구진은 여기에 양자 선형대수, 양자 최적화 알고리즘 등을 결합해, 기존 슈퍼컴퓨터도 버거워하던 고차원 과학·공학 문제를 더 적은 연산으로 풀 수 있는 잠재력이 있다고 설명했다.

상하이교통대 금석(金石) 교수는 이론 검증 결과를 토대로, 같은 종류의 방정식을 풀 때 양자 알고리즘이 필요로 하는 연산 횟수를 기준으로 하면 3차원 방정식은 6배, 5차원은 2만5천배, 9차원은 1조배 이상 효율이 높게 나타났다고 밝혔다.

이는 고성능 컴퓨터에서 실행하는 기존 수치해석 알고리즘과 비교한 잠재적인 계산량 개선치로, 금융 리스크 분석, 에너지 시스템의 소재 개발과 수요 예측, 신약 후보 물질 탐색 등 방대한 데이터와 복잡한 시뮬레이션이 필요한 분야에서 의사결정 시간을 크게 줄일 수 있다는 설명이다.

이와 함께 양자 비전공자도 양자컴퓨팅을 활용할 수 있는 도구 역할도 한다. 복잡한 양자 회로나 알고리즘을 사용자가 직접 설계할 필요 없이, 평소 하던 방식대로 풀고 싶은 과학 계산 문제를 입력하면 시스템이 내부에서 자동으로 양자 알고리즘에 맞게 변환해 실행한다.

유니터리랩 플랫폼 총괄 책임자인 장레이 상하이교통대 교수는 "유니터리랩 1.0은 양자 분야 전공자가 아니어도 복잡한 문제를 양자 방식으로 계산할 수 있도록 해 양자컴퓨팅 활용 문턱을 크게 낮추는 것을 목표로 하고 있다"고 말했다.

산업 적용 측면도 강조된다. 플랫폼에는 금융 공학의 블랙-숄즈 방정식, 지질 탐사에 쓰이는 탄성파 방정식 등 여러 산업 분야에서 자주 쓰이는 방정식 라이브러리가 내장돼 있다.

후쥔펑 소프트웨어 개발 리드는 "유니터리랩은 연구와 산업 사이에 존재하던 오랜 간극을 메우는 것을 지향한다"며 "한 번 개발한 양자 계산 자산을 교육, 연구, 산업 현장에 두루 확장 적용할 수 있는 것이 강점"이라고 말했다.

또한 유니터리랩 1.0은 실제 양자 하드웨어와의 연동도 고려해 설계됐다. 주류 양자 컴퓨팅 하드웨어 아키텍처와의 호환성을 확보해, 실제 양자 장비에서 알고리즘을 검증할 수 있도록 했다는 설명이다.

동시에 일반 사무용 컴퓨터에서도 고정밀 양자 회로 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 구현해, 초기 사용자가 별도 장비 투자 없이 양자 알고리즘을 시험해 볼 수 있게 했다. 연구진은 이를 통해 알고리즘, 소프트웨어, 하드웨어를 아우르는 양자 생태계 조성에 속도를 내겠다는 구상이다.

연구원은 향후 대학, 연구기관, 산업계와의 협력을 강화해 융합 연구 플랫폼을 구축하고, 과학 성과의 실용화를 가속화해 지역 기술 발전과 디지털 경제를 뒷받침하겠다는 계획도 내놨다.

이번 발표에서는 유니터리랩 1.0과 함께 의료와 소재 과학 분야를 겨냥한 두 가지 기술도 공개됐다. 첫 번째는 '의료 파노라마 AI 에이전트'다. 이 시스템은 의료 지식 데이터베이스와 인공지능 모델을 기반으로, 환자의 사전 문진과 예비 진단, 진료 중 의사결정 지원, 치료 후 관리까지 의료 전 과정을 돕는 디지털 조력자를 지향한다. 의료진 교육 자료나 설명 문서 작성 같은 행정 업무도 자동화할 수 있도록 설계됐다.

외신에 따르면 이 의료 AI는 이미 중국의 한 지역 의료 프로젝트에 시범 도입됐다. 연구원은 향후 적용 범위를 확대해 임상, 교육, 연구를 동시에 지원할 계획이다. 이는 의료 인력 부족과 지역 간 의료 격차를 줄이기 위한 중국의 보건의료 디지털 전환 전략과도 연결돼 있다는 평가다.

두 번째 기술은 분자동역학 시뮬레이터 '나노타이탄 프로(NanoTitan Pro)'의 업그레이드 버전이다. 이 시뮬레이터는 원자와 분자 수준에서 물질의 움직임을 컴퓨터로 재현해, 반도체 소재, 화학 공정, 구조 소재 개발 등에 활용되는 도구다.

업그레이드된 나노타이탄 프로는 더 많은 원자를 더 오랜 시간 동안 안정적으로 계산할 수 있도록 알고리즘과 시스템 구조, 기능, 사용자 인터페이스 전반을 개선했다.

연구원 측은 이를 통해 연구자들이 실험실 수준의 모델과 실제 산업 공정 사이의 간극을 줄이고, 혁신적인 신소재와 신기술을 더 빠르게 발굴할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 전문가들은 이번 세 가지 기술 발표가 충칭을 양자, 인공지능, 시뮬레이션이 결합된 차세대 계산 인프라 거점으로 육성하려는 중국의 전략과 맞닿아 있다고 분석한다.