양자 컴퓨터는 VPN 암호화 해킹이 가능할까? (아이온큐 이야기 포함)
양자학, 물리학 같은 분야는 최상급 중 최상급 브레인의 영역이기 때문에 저와 같은 일반인은 이해하기도 어렵고 예측은 불가능하다고 할 수 있습니다. 그렇기 때문에 전문가들의 의견이나 각 분야에서 유명한 사람들의 의견을 최대한 참고하는 방법밖에 없는데요.
오늘 글은 이 양자 컴퓨터 분야에 무지한 제가 딱 저의 수준에서 작성한 글이기 때문에 재미로 봐주셨으면 합니다.
혹시 틀린 부분이 있거나 보태고 싶은 내용이 있으시면 언제든 편하게 댓글 달아주세요.
놀랍게도 2025년 올해가 양자역학이 1925년 독일의 물리학자 베르너 하이젠베르크에 의해 처음 정립된지 100년이 되는 해라고 합니다. 그때 한국은 어땠을까 궁금해서 1925년을 위키에서 찾아보니 더 대단하게 느껴집니다. 그래서 2025년이 ‘세계 양자과학기술의 해(IYQ)’로 지정됐다고해요.
양자 컴퓨터란?
양자란 무엇일까요? 친자가 아닌 입양된 양자를 먼저 떠올리셨다면 딱밤 한대 드리고 시작하곘습니다. 양자는 에너지의 최소 단위로 더 이상 쪼개질 수 없는 가장 작은 단위라고 합니다. 사실 저도 이정도만 알고 시작한 과학포기자 입니다.
“신은 주사위 놀이를 하지 않는다.”며 아인슈타인도 죽을때까지 싫어하고 불신했던 양자역학이니 우리는 대충 알고 넘어가도 괜찮습니다.
양자 컴퓨터를 이해하기 위해서는 몇가지 개념을 이해하면 다른 글을 읽을때 이해가 조금 더 쉬워지는데요. 우선 ‘얽힘‘, ‘중첩‘, ‘큐비트‘부터 알아보아요.
중첩과 얽힘
양자 컴퓨터는 ‘중첩’과 ‘얽힘’ 현상을 이용하는데 양자 중첩(Quantum superposition), 양자 얽힘(Quantum entanglement), 파동 함수 이런 복잡한 개념들을 이해하려면 저같은 사람들은 마비 증세와 함께 편두통부터 느끼게 됩니다.
위대한 ChatGPT 형님에게 간단하게 설명 좀 해달라고하니 아래와 같이 알려주었습니다.
1. 중첩 (Superposition)
- 비유: 동전을 던졌을 때, 공중에서는 앞면(0)과 뒷면(1)이 동시에 존재하는 상태로 볼 수 있습니다.
- 고전 컴퓨터의 비트는 항상 0 또는 1로 명확한 상태를 가집니다.
- 반면, 양자컴퓨터의 큐비트는 0과 1이 동시에 존재하는 상태를 가질 수 있습니다.
- 의미:
- 큐비트는 중첩 덕분에 여러 계산을 동시에 수행할 수 있습니다.
- 예: 2개의 큐비트는 4개의 상태(00, 01, 10, 11)를 한 번에 계산할 수 있음.
이는 병렬 처리 능력을 극대화합니다.
2. 얽힘 (Entanglement)
- 비유: 두 개의 동전을 멀리 떨어뜨려 놓아도, 한 동전의 앞면이 결정되면 다른 동전의 상태가 동시에 결정된다고 상상해보세요.
- 얽힘은 두 개 이상의 큐비트가 서로 강하게 연결되어, 하나의 상태를 측정하면 다른 큐비트의 상태가 즉시 결정되는 현상입니다.
- 두 큐비트가 얽혀 있으면, 하나의 큐비트가 0인지 1인지 측정하는 순간, 다른 큐비트의 값도 바로 알 수 있습니다.
- 의미:
- 얽힘은 큐비트 간의 협력을 가능하게 하며, 복잡한 계산 문제를 풀 때 연관성을 극대화합니다.
- 얽힘된 큐비트는 양자컴퓨터의 병렬 계산 능력을 더욱 강력하게 만들어줍니다.
큐비트
양자 컴퓨터 글을 찾아서 읽어보면 ‘큐비트‘라는 단어는 빠지지 않습니다. 지금 우리는 ‘0과 1’ 이진 값을 가진 Bit 기반으로 동작하는 디지털 세계에 살고있습니다. 큐비트는 ‘양자 컴퓨터의 데이터 단위’예요.
비트와 큐비트는 직렬과 병렬의 차이를 가지기도 합니다. AI에 관심있는 분들은 직렬과 병렬 개념에 좀 더 익숙하실텐데요. 직렬 처리(serial processing)에 최적화 되어있는 CPU보다 여러 명령어를 동시에 처리하는 병렬 처리(parallel processing) 방식으로 일하는 GPU와 비슷하다고 볼 수 있어요. (*물론 GPU와 큐비트의 처리 방식은 다릅니다. 처리 효율성 관점에서의 연관성 측면을 설명한 것)
결론적으로 큐비트는 중첩으로 인해 엄청난 병렬 계산이 가능한데, 닥터 스트레인지가 14,000,600가지 미래를 내다보고 타노스를 이길 수 있는 딱 하나의 방법을 찾아낸 것에 비유하자면 전통적인 컴퓨터는 미래를 하나씩 하나씩 다녀오는 방식이고, 양자컴퓨터는 동시에 다녀와 최적의 값을 찾아낸다고 볼 수 있습니다.
윌로우
큐비트의 파워가 어느정도인지 감이 잡히지 않죠. Willow를 보면 살짝 감히 잡히실 거예요.
얼마전 구글이 발표한 양자 칩 Willow는 현존하는 가장 빠른 슈퍼컴퓨터로 1025년(우주의 나이보다 훨씬 긴 시간이라고 함)이 걸리는 표준 벤치마크 계산을 5분 이내에 수행했다고 합니다. 양자컴퓨터의 강력함을 간략하게 느낄 수 있는 부분입니다. 참고로 윌로우는 105큐비트 입니다.
그와 함께 양자 오류 수정에 대한 해결책도 제시했는데요.
큐비트는 환경 변화에 예민해 수가 증가할수록 오류도 함께 증가했는데 이는 신뢰성의 문제라 성능보다 더 중요하고 양자컴퓨터 상용화에 가장 중요한 부분인데 구글의 윌로우가 큰 가능성을 보여줬습니다.
위 이미지는 3X3격자(17qubits), 5X5(49qubits), 7X7(97qubits)로 규모가 커질 때마다 오류율이 2.14배씩, 즉 절반 이하로 감소했다는 뜻 입니다.
양자 컴퓨터는 암호화 해킹이 가능할까
양자컴퓨터의 발전으로 인해 기존 암호화 체계가 무력화될 수 있어 대규모 해킹 사태가 일어나지 않을까하는 우려가 커지고 있습니다. 충분한 수의 큐비트를 처리할 수 있는 상태에서 Shor 알고리즘은 RSA(Rivest-Shamir-Adleman), ECC(Elliptic Curve Cryptography), ECDSA(Elliptic Curve Digital Signature Algorithm *ECC 기반)와 같은 공개키 암호 체계를 쉽게 무력화 시킬 수 있을거라고 말합니다.
VPN 블로그라 그런지 “나중에 양자 컴퓨터가 보급되면 VPN도 뚫릴까요?” 라는 질문이 달리는데 “우리 세대에 걱정할 일은 일어나지 않을 것 같다.“는게 저의 생각 입니다. 물론 AI 성장 속도만 보더라도 전문가들이 예상했던 것 보다 훨씬 빠른것을 보면 양자컴퓨팅 분야도 생각지못한 속도로 빠르게 발전할 수 있습니다. 한낱 블로거의 생각일 뿐입니다.
현재 시점에서 본다면 양자컴퓨터로 현 시대의 암호화를 깨는게 가능은 할수도 있겠지만.. 그게 언제인지도 모르고, 보안 측면에서 보자면 10년 20년후까지 아무것도 안하고 놀고있진 않을테니 나중엔 양자컴퓨팅 세상에 맞는 방패도 나올거라고 봐야하지 않을까요.
아직은 불확실성의 영역
최근 양자컴퓨터 대장주라고 불렸던 아이온큐(IonQ) 주가가 엔비디아 젠슨 황 한마디에 폭락한 사태가 벌어졌습니다. 그와 함께 아이온큐 3X 레버리지 상품인 Leverage Shares 3x Long IONQ ETP가 청산 절차에 들어가며 거래 정지 상태가 되어버렸죠. (아이온큐 전체 주식 3분의 1을 한국인이 보유하고 있다고도..)
황회장은 “15년 뒤에 초기 단계의 제품을 볼 수 있고, 유용한 수준의 양자 컴퓨터 제품이 나오기까지 20년에서 30년이 걸릴 수 있다.”라고 이야기 했습니다. 물론 황회장의 한마디가 정답은 아니지만 말을 쉽게 하는 사람도 아니고 현 시점 IT 분야에서 가장 영향력있는 사람이 공개적으로 한 이야기라 시장의 파급 효과는 매우 컸습니다.
뒤이어 페이스북 마크 저커버그까지 확인 사살을 해버렸는데요. 조 로건 팟캐스트에 출연해 “내가 양자컴퓨터 전문가는 아니지만 양자컴퓨터 상용화에는 상당한 시간이 걸릴 것.”이라고 말했죠. 아이온큐와 함께 관련주인 리제티 컴퓨팅, 퀀텀컴퓨팅 등 양자컴퓨터 주식들이 박살 나버렸습니다.
아래는 위 3개 회사 최근 1년 주가 그래프 입니다. 최고점에서 젠슨 황, 저커버그 두 사람의 발언이 나온 뒤 얼마나 떨어졌나 보여드릴게요. (캡쳐는 한국 시각 1월 15일 새벽 1시 20분쯤)
아이온큐 : 최고점 $51.07 (2025년 1월 6일) > $27.05
리제티 컴퓨팅 : 최고점 $20 (2025년 1월 2일) > $6.82 *이 글 올리고 당일 장에서 47.93% 상승;;
퀀텀 컴퓨팅 : 최고점 $25.68 (2024년 12월 18일) > $6.79
D-웨이브 시스템 : 최고점 $10.21 (2025년 1월 6일) > $4.14
말 한마디에 아이온큐 시가총액은 절반가까이 날아가버리고, 리제티 컴퓨팅, 퀀텀 컴퓨팅, D-웨이브 시스템 등은 60~70% 이상이 날아가버릴 정도니.. 아직은 불확실성의 영역이라고 생각합니다. 그만큼 아직 양자 컴퓨터는 조금은 먼 미래의 이야기로 봐야하지 않을까요.
아이온큐 공동설립자
김정상 박사는 듀크대 교수였으며 2023년에 미국 발명가 아카데미의 펠로우로 선정되기도 했습니다. 양자컴퓨팅 분야에 많은 특허를 보유하고 있고 양자컴퓨터 관련 회사로는 최초로 상장한 회사의 공동설립자 중 한명이자 CTO(Chief Technology Officer)를 지냈습니다.
2025년 1월 13일 미국 실리콘밸리 레드우드시티에서 열린 한인창업자연합 UKF(United Korean Founders)에 참석한 김정상 박사가 한 말을 정리하면 아래와 같습니다.
- 하룻밤사이에 시가총액 절반이 날아갔다. 이는 오히려 양자컴퓨터의 파괴력을 보여주는 것이다.(?)
- 2004년 전문가들은 양자컴퓨터 실현에 50년 100년이 걸린다고 했다.
- 젠슨 황의 발언은 20년에서 30년 안에 엔비디아같은 기업이 나올 것이라는 의미로 이해된다. 양자 컴퓨터는 1960년대 컴퓨터와 유사하며 파괴적인 혁신기술에는 많은 시간과 노력이 필요하다.
- 플래시 메모리가 하드디스크를 대체한 것을 예로 들었음.
- 엔비디아가 AI 시대의 승자가 된 이유도 30년간의 꾸준한 기술 개발 덕분이다.
대충 이런 이야기들을 했는데, 그도 앞으로 많은 시간이 필요한 것은 부정하지 않는 것 같습니다.
내 생각
초보자가 쓴 글에 기대하실만한 결론은 없지만, 저의 생각을 말씀드리면 우리의 실생활에 영향을 줄 정도의 양자컴퓨터와 관련 시스템이 구축되려면 많은 시간이 걸릴것이라는 것은 확실해 보입니다.
황회장은 발언은 지나가는 이야기라 치더라도, 김박사가 냉장고보다 더 큰 1960년대의 컴퓨터에 비유했는데 그만큼 극극극극초기 단계라고 봐야하지 않을까요.
아이온큐를 포함한 관련주들이 이렇게 큰 폭으로 오른 것은 테마주 성격이 강하다고 생각됩니다. 그 무엇보다 냉정하고 차가운 시장이 현실을 말해줍니다.
김정상 박사는 2024년 6월 17일에 71만 6천주를 시장가로 매도했으며 매도 평균가는 7.7달러 정도라고 합니다. (미리 예고된 매도입니다.) 이후 아이온큐에서 공식적인 직위는 모두 내려놓고 퇴사 후 다시 듀크대로 돌아간 것으로 알려져있습니다.
또 다른 공동창업주인 크리스 먼로도 회사를 떠났어요.
CEO 피터 채프먼을 포함한 최고재무책임자 등 주요 임원들은 각각 20만달러~30만달러 (주가 7~8달러일때)를 매도했는데, 양자컴퓨터가 ‘가까운 미래’에 사용화 될 것이 확실했다면 핵심 인력이 회사를 떠나거나 $7~$8 대에 주식을 저렇게 팔지 않았을거라고 생각합니다. 몇배가 떡상하는 것을 보고 회사 임직원들이 더 놀라지 않았을까요.
희망적인 부분을 보자면 오늘 날짜 기준으로 김정상 박사가 보유하고 있는 아이온큐 주식이 700만주가 넘네요.
7,462,469주로 3.449%를 보유한 3대 주주군요. 부럽습니다. 기관인 뱅가드, 블랙록을 제외하면 개인 중에서 가장 많은 주식을 가지고 있네요.
위에서 말씀드린 함께 떠난 공동창업주 먼로가 바로 뒤를 차지하고 있어요. 미래를 긍정적으로 보고있으니 이번 급등 때 팔지않고 가지고 있는게 아닐까요?
여튼, 20년 뒤 쯤 양자컴퓨터가 상용화 된다 치더라도 양자컴퓨터 시스템을 구매하고 운용할 수 있는 조직은 극소수일 것이고 그때가 되면 VPN 암호화 해킹 걱정할게 아니라 암호화폐, 금융 시장부터 걱정해야하지 않을까 싶어요. 기존의 비대칭 암호 체계는 양자 컴퓨터에 의해 쉽게 풀릴 가능성이 있다지만 그때가되면 또 다른 대응법이 나올 가능성도 크죠.
결론은 그냥 걱정말고 열심히 살자..