Google, 조기 내결함성 양자 알고리즘·보안 연구 대학 공모 개시

공모 개요

Google Academic Research Awards 프로그램의 일환으로 공개된 이번 공모는 6월 26일부터 신청을 받기 시작했다. 지원 대상은 학위 수여 기관 소속 전임 교수로, 국적 제한은 없다. 연구비는 계약 형태가 아닌 비지정 기증(unrestricted gift) 방식으로 지급되어 연구자 자율성을 보장한다. 한 연구자는 이번 공모 기간 중 단 한 편의 제안서에만 책임연구자(PI) 또는 공동책임연구자(co-PI)로 참여할 수 있으며, 제안서당 최대 두 명의 연구자를 등록할 수 있다.

조기 내결함성 시대의 알고리즘 연구

첫 번째 연구 주제는 대규모 논리 큐비트 없이도 실질적 계산 이득을 낼 수 있는 양자 알고리즘을 찾는 데 초점을 맞춘다. 내결함성 양자컴퓨팅은 물리 큐비트 여러 개를 묶어 오류 수정 능력을 갖춘 논리 큐비트를 구성하는 방식이다. 그러나 현재 수준의 하드웨어는 논리 큐비트 수가 제한적이므로, 자원을 최소화하면서도 고전 컴퓨터를 능가하는 경로를 탐색하는 것이 핵심 과제다.

Google이 제시한 세부 연구 방향은 세 갈래다. 첫째, 조기 내결함성 하드웨어에 특화된 신규 양자 알고리즘 설계다. 둘째, 생명과학·의료·기후·에너지·소재 등 현실 문제를 이러한 알고리즘에 연계하는 작업이다. 셋째, 컴파일, 오류 수정, 오류 경감 기법을 통해 계산 자원 요구량 자체를 낮추는 최적화 연구다.

Google은 제안서에 논리 큐비트 수, 게이트 깊이, 오류 수정 부하에 대한 정량적 추정치를 반드시 포함하도록 요구하고 있으며, 제안된 접근법이 고전 컴퓨터로 해결하기 어려운 이유를 명시적으로 논증할 것을 요청한다.

양자컴퓨터 그 자체를 지키는 보안 연구

두 번째 주제는 양자시스템의 보안이다. 단, 미래 양자컴퓨터가 기존 암호를 깨는 시나리오—이른바 포스트양자 암호학—가 아니라, 양자컴퓨터 자체를 공격으로부터 보호하는 쪽에 방점을 찍는다.

Google은 고전 제어 시스템과 양자 프로세서 사이의 경계면을 특히 취약한 지점으로 지목한다. 소프트웨어 명령을 마이크로파 펄스나 레이저 신호 등 물리적 제어 신호로 변환하는 과정은 외부 개입에 노출될 수 있기 때문이다. 세부 연구 과제로는 ▲컴파일 단계에서의 악의적 변조를 탐지하는 제어 펄스 검증, ▲마이크로파·RF 방출 분석을 통한 부채널 공격, ▲반복 연산 후 잔류하는 데이터 제거, ▲클라우드 기반 다중 사용자 환경에서의 격리, ▲양자 연산을 방해하지 않는 실시간 이상 탐지 시스템 등이 포함된다.

또한 초전도체, 포획 이온, 광자 등 플랫폼별로 고유하게 발생할 수 있는 취약점, 컴파일러 수준의 공격, 고전 제어 전자기기 공급망 위험에 대한 개방형 연구도 장려하고 있다.

의미와 한계

이번 공모는 산업계의 무게 중심이 이론에서 실용으로 이동하고 있음을 보여주는 지표다. 대규모 양자컴퓨터 등장을 기다리기보다 현재의 제한된 하드웨어에서 의미 있는 계산 이득을 이끌어 내려는 움직임이 가속화되고 있다. 보안 측면에서도 클라우드 기반 양자 서비스 확산에 따른 다중 사용자 간 격리 문제가 실질적 우선순위로 부상했음을 반영한다.

다만, 건당 최대 10만 달러라는 지원 규모는 초기 탐색 연구에는 적합하지만 대규모 실험이나 장기 연구에는 제약이 될 수 있다. 또한 Google의 자체 연구 방향과 학문적 독립성 사이의 균형이 어떻게 유지될지는 지켜볼 필요가 있다.