지난 9월, 캘리포니아 공과대학(Caltech) 과학자들이 새로운 중성 원자 양자 배열을 가동했을 때, 이 양자 기계는 많은 과학자들이 수년 후에나 가능할 것이라고 생각했던 스레스홀드(Threshold) 넘어섰습니다. 연구진은 처음으로 단일 시스템에 6,100개의 원자 큐비트를 성공적으로 가두고 결맞음을 유지함으로써 양자 하드웨어를 "장난감 시연" 단계를 넘어섰습니다.
그 연구실에서 일어난 일은 대규모의 오류 수정 양자 하드웨어가 더 이상 먼 미래의 꿈이 아니라 실현 가능한 현실이 되었음을 의미합니다. 그리고 수십 년 동안 안전하다고 여겨져 온 암호화 기술에 보안이 의존하는 비트코인과 같은 디지털 화폐의 경우, 이는 양자 컴퓨터가 조용히 가속화하고 있는 위협이 이제 현실로 다가오고 있음을 시사합니다.
당장 위협이 닥친 것은 아니지만, 적응할 시간은 한정되어 있습니다. 그렇기 때문에 Emerge에서는 양자 컴퓨팅의 발전과 암호화폐의 준비 부족을 올해의 기술 트렌드로 선정했습니다.
"이제 우리는 오류 수정 기능을 갖춘 대형 양자 컴퓨터로 가는 길을 볼 수 있습니다. 필요한 구성 요소들은 이미 갖춰져 있습니다."라고 책임 연구원인 마누엘 엔드레스는 성명에서 밝혔습니다 .
수년간 암호학자들은 양자 컴퓨터가 너무 잡음이 많고, 너무 취약하며, 너무 미성숙해서 암호학에 큰 영향을 미치지 못한다는 안일한 생각을 갖고 있었습니다. 하지만 2025년이 되면서 이러한 입장은 약화되었습니다. 개발 로드맵이 구체화되었고, 오류 수정 기능이 향상되었으며, 여러 연구소에서 내결함성 양자 컴퓨터가 '언제' 실현될 것인지의 문제이지 '실현될 수 있을지'의 문제가 아니라는 것을 보여주는 결과를 내놓았습니다.
소위 "중성 원자 시스템"은 전기적으로 중성인 원자를 큐비트로 사용하며, 레이저를 이용해 단일 원자를 고정된 위치에 가두어 각각의 원자가 양자 정보를 저장하고 조작할 수 있도록 합니다. "결맞음"은 잡음이 큐비트를 파괴하기 전에 큐비트가 사용 가능한 양자 상태를 유지하는 시간을 측정합니다. 이 두 가지 개념은 2025년에 연구실 시연에서 확장 가능한 아키텍처 설계로 전환되면서 핵심적인 역할을 하게 되었습니다.
2025년의 성과를 이해하려면 양자 시스템의 발전을 저해해 온 요소를 이해해야 합니다. 큐비트(양자 비츠(Bits))는 양자 상태를 쉽게 잃어버리며, 크기를 키울수록 이러한 불안정성이 증폭되는 경우가 많습니다. 올해는 여러 시스템이 예상과 다른 양상을 보였습니다.
구글, IBM, 그리고 캘리포니아 공과대학(Caltech)은 각각 2025년에 양자 컴퓨팅 분야에서 진전을 이루어 오류 허용성을 갖춘 양자 컴퓨터의 실현 시기를 앞당겼다고 발표했습니다. 구글의 105큐비트 윌로우(Willow) 프로세서는 규모가 커짐에 따라 오류율이 급격히 감소하는 모습을 보였고, 10월에는 자사의 퀀텀 에코(Quantum Echoes) 벤치마크 테스트에서 선두 슈퍼컴퓨터보다 약 13,000 배 빠른 속도를 기록했다고 밝혔습니다. 이러한 결과는 안정적인 논리 큐비트를 구현하는 데 있어 기존의 1,000대 1 비율보다 훨씬 적은 수의 물리적 큐비트가 필요할 수 있음을 시사합니다.
IBM은 다른 관점에서 상황을 진전시켰습니다. IBM의 "Cat" 제품군 프로세서는 120큐비트 얽힘 과 확장된 결맞음을 시연했으며, 6월에 발표된 Starling 로드맵은 2029년 까지 200개의 오류 정정 큐비트와 1억 개의 양자 게이트 지원을 목표로 하고 있습니다. AMD와의 별도 공동 연구에서는 표준 FPGA 하드웨어가 필요한 속도보다 10배 빠르게 오류 정정 로직을 실행할 수 있음을 보여주어 실시간 오류 정정을 실용화에 한 걸음 더 다가서게 했습니다.
캘리포니아 공과대학(Caltech)은 지난 9월 연구진이 세계 최대 규모라고 설명하는 중성 원자 시스템을 통해 규모를 확장했습니다. 이 시스템은 6,100개의 세슘 원자를 큐비트로 활용하여 13초 동안 99.98%의 작동 정확도로 결맞음을 유지했습니다. 이러한 결과는 큐비트 품질, 제어 및 확장 효율성이 동시에 향상되고 있음을 보여주며, 실용적인 논리 큐비트, 그리고 이를 통해 비트코인 서명 체계에 대한 실질적인 위협이 언제쯤 현실화될 수 있을지에 대한 기대감을 높이고 있습니다.
클래식의 양자 기업 개발 담당 이사인 에릭 가셀은 물리적 큐비트와 논리적 큐비트의 비율 변화가 더욱 중요한 전환점이라고 말했습니다. 그는 디크립트(Decrypt) 에서 "수백 대 1의 비율로 기울고 있다"며, 이는 수천 대가 필요하다고 예상했던 초기 추정치에서 크게 개선된 수치라고 밝혔습니다. "2025년에는 업계의 관심이 주로 오류 수정에 집중될 것입니다."
큐비트는 환경적 간섭에 의해 붕괴되기 쉬우며, 이로 인해 큐비트가 결맞음을 유지할 수 있는 시간이 제한됩니다. 바로 이 부분에서 오류 수정이 중요해집니다. 오류 수정은 하나의 큐비트 상태를 여러 물리적 큐비트에 복제하여 시스템에 충분한 중복성을 제공함으로써, 잡음으로 인해 큐비트 하나가 잘못된 상태에 빠졌을 때 이를 감지하고 자동으로 수정할 수 있도록 합니다. 오류 수정이 없다면, 큐비트는 의미 있는 연산을 수행하기에는 너무 빨리 붕괴될 것입니다.
해당 분야의 연구자들은 모두 같은 의견을 밝혔습니다. 기계들이 단순히 성장하는 데 그치지 않고, 실제로 작동하기 시작했다는 것입니다.
비트코인이 오늘날 존재하는 기계들에 의해 위협받는 것은 아니지만, 2025년에 달라진 점은 미래에 대한 논의의 분위기였다.
2018년 사람들이 자신만의 비트코인을 저장하고 보호할 수 있는 도구를 제공하기 위해 Casa를 공동 설립한 제임슨 로프는 그러한 위험은 아직 멀었다고 말했습니다.
로프는 디크립트(Decrypt) 의 인터뷰에서 "네트워크가 제때 준비될 수 있을지는 궁극적으로 양자 컴퓨팅 기술의 발전 속도에 달려 있다"며, "암호학적으로 의미 있는 양자 컴퓨터를 갖추기까지는 아직 몇 배나 더 나아가야 한다. 비트코인에 실질적인 위협이 되려면 여러 가지 주요 기술적 돌파구가 필요하다"고 말했다.
그럼에도 불구하고 비트코인은 이더리움이나 지캐시(Zcash) 같은 다른 블록체인에는 없는 제약, 즉 협력이라는 문제를 해결해야 합니다. 양자 컴퓨팅 공격에도 안전한 서명 체계로 전환하려면 채굴자, 지갑 개발자, 거래소, 그리고 수백만 명의 사용자가 동시에 움직여야 합니다.
로프는 "저는 그 모든 과정이 5년 안에 이루어질 거라고는 생각하지 않습니다."라고 말했습니다. "수백만 명의 개별 주체들이 얽혀 있는 상황에서 그들이 변화를 위해 협력하도록 요구하는 것은 사실상 불가능합니다."
양자 역학적 위험은 기계가 갑자기 위험해지는 순간으로 흔히 상상되지만, 연구자들은 실제로는 훨씬 더 점진적일 것이라고 말합니다.
MIT 디지털 통화 이니셔티브의 연구원이자 비트코인의 양자 컴퓨팅 제안서인 비트코인 개선 제안-360의 공동 저자인 에단 헤일먼은 개선 사항은 시간이 지남에 따라 누적된다고 말했습니다. 그는 디크립트(Decrypt) 인터뷰에서 "점점 더 강력해짐에 따라 점진적인 개선이 나타날 것"이라고 밝혔습니다.
그는 장기적인 관점에서 접근합니다. 비트코인은 이미 많은 사용자들에게 여러 세대에 걸쳐 사용할 수 있는 자산으로 여겨지고 있습니다. "사람들이 비트코인을 저축 계좌처럼, 즉 100년 동안 묶어두고 자녀들이 되찾을 수 있을 거라고 기대한다면, 비트코인 프로토콜 또한 그러한 장기적 가치를 견딜 수 있도록 설계되어야 합니다."라고 그는 말했습니다.
하일먼은 비트코인이 적응할 것으로 예상하지만, 시장은 위험보다 침체에 더 빨리 반응한다고 지적했습니다. 그는 "비트코인이 이러한 위협에 제대로 대처하지 못하는 정도에 따라 가격 하락 압력이 발생할 수 있다"고 말했습니다.
그는 해당 분야에서는 날짜보다는 진행 방향에 더 관심이 많다고 말했다.
"꾸준한 발전은 있을 것이지만, 석탄으로 움직이는 열차가 1년 안에 콩코드 여객기로 바뀔 거라고는 생각하기 어렵습니다."라고 그는 말했다. "물론 그런 일이 일어나겠지만, 단계적으로 진행될 거라고 봅니다."
Q-CTRL의 제품 책임자인 알렉스 시는 양자 컴퓨팅의 위험성은 기계가 대규모의 오류 수정 알고리즘을 실행할 수 있게 될 때 비로소 의미를 갖게 된다고 말했다.
"충분히 큰 양자 컴퓨터 자원이 있다면 이론적으로는 오늘날의 RSA 암호화를 해독할 수 있습니다."라고 그는 디크립트(Decrypt) 말했습니다. "하지만 그 단계에 도달하려면 아직 몇 년이 더 걸릴 것입니다. 낙관적으로 보더라도 2030년대 중반쯤에는 가능할 것입니다."
초기 내결함성 컴퓨터는 기존 암호화 기술을 당장 위협하지는 않을 것입니다. 오히려 신뢰성이 향상됨에 따라 양자 컴퓨터가 현실적으로 시도할 수 있는 알고리즘의 종류를 넓혀줄 것입니다.
시(Shih)는 파편화를 해당 분야의 발전을 저해하는 과제로 지적했습니다. 그는 "상호 운용성은 여전히 주요 마찰 요인입니다."라며, "모든 공급업체가 서로 다른 사양과 프레임워크를 발표하고 있으며, 최종 사용자가 모든 것을 연동시켜야 하는 상황입니다."라고 말했습니다.
이러한 어려움에도 불구하고 2025년은 확실한 추진력을 보여주었습니다. IBM은 로드맵의 주요 목표를 달성했고, 구글의 확장 행보는 예상대로 진행되었으며, 캘텍은 해당 분야에서 전례 없는 규모의 안정성을 확보했습니다.
이러한 결과들을 종합해 볼 때, 연구진들은 향후 10년이 어떻게 전개될지 더욱 명확하게 파악할 수 있었습니다.
양자 컴퓨팅은 올해 비트코인을 위협하지는 않았지만, 불확실성을 해소했습니다.
연구원들은 일정에 대해 더욱 확신에 찬 어조로 이야기하기 시작했습니다. 다른 산업 분야의 개발자들은 장기 계획을 조정하기 시작했습니다. 외부의 압력 없이는 암호화 기반을 좀처럼 재검토하지 않는 비트코인 생태계는 2025년에 이르러서는 이 논의에 새로운 진지함을 보였습니다.
연말이 되자 논쟁의 핵심은 양자역학이 중요할지 여부가 아니라, 언제 그 영향이 불가피해질 것인가에 대한 것이었다.
