[사이언스칼럼] AI의 한계를 넘는 양자컴퓨팅 시대를 대비하자

윤강준 수리과학연구소 부산의료수학센터장

윤강준 수리과학연구소 부산의료수학센터장

AI에 의해 촉발된 4차산업혁명은 AI와 고도한 ICT기술과의 결합에 의해서 촉발됐는데, 이 두 기술의 연결고리는 딥러링 기반 AI가 데이터로부터 유효한 정보를 생성할 수 있도록 무수히 많은 인공신경망 (Artificial Neural Network)을 학습시킬 수 있는 방법을 제시한 수학에 있으며, 이로 인해 세계적으로 수학이 국가 경쟁력을 좌우하고 있습니다. 즉, 국가 과학기술의 혁신은 수학의 뒷받침이 필수적이며, 이렇게 활용되는 수학이 바로 산업수학입니다. 산업수학은 수학적 이론과 분석방법을 활용해 세상의 문제를 해결하거나 산업의 부가가치를 창출하는 활동 또는 이를 위한 연구입니다.

이렇듯, 국가의 미래를 선도하는 신성장 에너지인 산업수학이 산업문제 해결의 열쇠이며 미래가치를 창출하는 원동력으로 작용하는 것은 수학의 지식이 아닌 지·산·학·연 협력을 통한 수학적 사고의 소통에 있다고 여깁니다.

저는 1993년 KAIST 대학원을 시작으로 30년 넘게 해석학, 컴퓨터 그랙픽스, 전산 유체역학, 영상처리, 금융수학, 신약개발, AI 등 다양한 분야에서 연구활동을 수행했으며 그 과정에서 의미있는 연구성과를 남겼습니다. 많은 분야를 다루다 보면 한 분야에 대한 전문성을 얻는 데 어려움이 있을 것이라는 지적이 있을 수 있는데, 이것들을 경험할 수 있었던 까닭은 제가 수학을 전공했기 때문입니다. 수학은 자연현상을 기술하고 해석하는 언어로써 새로운 분야을 접하더라도 문제가 무엇을 뜻하고 문제을 형성하는 요소들이 어떻게 관련되는지를 파악하면 이를 방정식이나 함수 등 수학적 언어로 기술해 최적의 해를 논리적 전개를 통해 찾아가는 과학적 접근이 수학입니다.

뉴턴은 사과는 떨어지는데, 왜 달은 지구에 떨어지지 않은 것일까에 의문을 품고 운동하는 물체에 대한 연구를 진행했습니다. 그는 운동의 변화에 대한 원인에 대해서 과학적으로 규명하고 싶었지만, 그 당시에는 변화의 정도를 표현하는 방법이 없었습니다. 그래서 그는 속도의 변화를 수학적으로 표현하는 방법을 고안하고 그것을 이용해 운동의 변화에 대한 원인 '힘'이라는 개념으로 사용해 운동법칙 F=ma 즉 질량을 갖는 물체의 운동변화는 그 물체에 작용하는 힘의 크기와 동일하다는 자연의 이치를 밝혔으며, 이를 기반으로 행성의 운행법칙인 만유인력의 법칙을 찾아냈습니다. 그런데 그가 변화의 정도를 수학적 언어로 표현한 방법은 지금 우리에게 너무나 잘 알려진 미분입니다.

수학이라는 언어로 산업계와 소통하기 위해서는 산업계에서 요구되는 기술이 무엇인지를 정확하게 파악해 수학적으로 표현하고, 이를 통해 신속하게 해결하는 방법을 제시하는 능력이 요구됩니다. 이런 연유 때문에, AI의 급속한 발전으로 디지털 전환을 통한 산업계의 혁신을 계획하고 있는 과정에서 국가와 사회가 수학계의 역할에 기대하는 이유이기도 합니다.

AI는 4차 산업혁명을 촉발하고 또 선도하고 있지만 정보의 불확실성 및 데이터 편향성, 그리고 계산시간 등 중요하게 극복해야 할 문제에 직면에 있는데, 양자우월성을 기반한 양자컴퓨팅은 이런 도전를 해결할 대한으로 주목을 받고 있으며 AI와 결합한 양자컴퓨팅 시대가 곧 도래할 것으로 예상하고 있습니다.

양자 우월성(Quantum supremacy)이란 양자컴퓨터가 기존의 슈퍼컴퓨터의 성능을 능가한다는 것으로 2019년에 슈퍼컴퓨터를 이용해 푸는 데 1만 년 걸릴 수학문제를 구글이 개발한 시커모어 양자컴퓨터로 3분 20초 만에 풀었다고 구글이 발표하면서 알려지게 됐습니다.

양자컴퓨터는 아직 개발단계에 있지만, 보편적으로 사용되는 때가 곧 올 것으로 예상되며 산업계는 기존의 AI 기반으로 개발된 기술들을 양자컴퓨터와의 연계 또는 전환을 시도할 것입니다. 양자컴퓨팅시대를 대비하고 지속적인 기술선진국으로 남기 위해서는 우리는 이제 양자컴퓨팅을 위한 근본적이고도 핵심적인 알고리즘에 대한 연구가 시급하며, 그래서 수학에 대한 기대가 다시 커지고 있습니다. 윤강준 수리과학연구소 부산의료수학센터장