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사실 양자 컴퓨터가 가정용이 되기까지는 아직 멀었습니다. 개인용 양자 컴퓨터를 소유한다는 생각조차 잘못된 생각일 수 있습니다. 양자 컴퓨터는 우리 모두에게 익숙한 노트북, 데스크톱 PC, 서버와 근본적으로 다르기 때문입니다. 양자 컴퓨터의 모습은 다음과 같이 생겼습니다:
여러분이 저 생김이 스팀펑크 샹들리에처럼 생겼다고 말한다면 저도 동의합니다. 하지만 외관보다 더 이상한 것은 양자 컴퓨터가 작동하는 방식입니다.
여러분은 아마도 일반적인 컴퓨터가 어떻게 작동하는지 알고 있을 것입니다. 컴퓨터의 핵심은 비트로 구성되어 있습니다. 비트는 0 또는 1의 두 가지 값을 가질 수 있습니다. 이것이 프로그래밍의 기본 언어가 이진법(binary)이라고 부르는 이유입니다. 0과 1은 모든 현대(또는 고전) 컴퓨터가 이해하고 작동하는 언어를 형성합니다. CPU 내부에서 발생하는 모든 계산은 0과 1로 이루어집니다. 예시: 이진법에서 문자 "A"는 01000001입니다.
이제 양자 컴퓨터는 큐비트라고 불리는 비트에서도 작동합니다. 철자는 비슷해 보일 수 있지만 큐비트는 비트와 비교했을 때 본질적으로 매우 다릅니다. 비트는 0 또는 1의 두 값 중 하나만 포함할 수 있습니다. 반면 큐비트는 두 값을 동시에 유지할 수 있습니다.
큐비트는 0과 1이 동시에 될 수 있습니다.
이 설명들이 너무 어렵게 느껴 지십니까? 당연합니다. 양자 컴퓨팅을 뒷받침하는 물리학의 한 분야인 양자 역학은 아무리 설명해도 어렵고 이상합니다. 우리의 일상적인 사물 세계에서 모든 일들은 꽤 직관적으로 일어납니다. 간단히 설명하자면 여러분 앞에 두 개의 문이 있고 그 중 하나를 선택하고 통과합니다.
하지만 전자, 광자, 쿼크, 그리고 렙톤과 같은 원자 구성 입자들의 아주 작은 세계에서는, 일들이 예측 가능하게 일어나지 않습니다. 만약 여러분이 두 개의 슬릿이 있는 표면에 빛을 비추면, 각각의 광자(빛을 구성하는 입자)는 두 개의 슬릿 중 하나만 통과할 수 있습니다. 이중 슬릿 표면 뒤에 검출기가 있는 경우, 실험 후 실험을 통해 탐지기는 광자가 두 슬릿을 통과한 것처럼 판독됩니다.
하지만 그것이 가능하다는 것이 믿기 어렵지만 사실입니다. 여기 더 이상한 부분이 있습니다. 만약 여러분이 개별 광자를 관찰하려고 하거나, 적어도 카메라나 어떤 관찰 도구를 놓아 각 광자가 통과하는 위치를 관찰하려고 한다면 광자는 단 하나의 슬릿을 통과할 것입니다. 하지만 관찰되지 않으면 광자는 두 슬릿을 다시 통과할 것입니다. 다시 말해, 관찰자의 존재는 대상의 행동을 변화시킵니다. 양자 역학에서 이 관찰되고 검증된 이 속성을 중첩이라고 합니다 – 입자가 동시에 여러 상태를 가정할 수 있는 능력입니다.
중첩은 기본적으로 큐비트와 비트를 구분하는 것입니다. 큐비트는 0과 1(또는 켜짐과 꺼짐)을 동시에 수행할 수 있기 때문에 현재 일반 컴퓨터보다 기하급수적으로 더욱 빠른 계산을 수행할 수 있습니다. 차이점을 설명하기 위해 예를 들어 보겠습니다. GPS 앱을 사용하여 사무실에서 집으로 가는 가장 빠른 길을 찾는다고 가정해 보겠습니다. 고전적인 컴퓨터는 가능한 모든 경로를 하나씩 개별적으로 시뮬레이션 하여 이를 수행한 다음 도로에서 가장 낮은 시간을 산출하는 경로를 보여줍니다. 반면에 양자 컴퓨터는 가능한 모든 경로를 동시에 고려한 다음 가능성을 가장 빠른 경로로 축소합니다.
이것이 만약 공상 과학 소설처럼 들린다면 이는 대부분의 양자 물리학이 실제로 하는 일입니다.
안정적이고 신뢰할 수 있는 양자 컴퓨터를 개발하는 것에 대한 모든 장벽이 극복되었다고 잠시 가정해 보겠습니다. 렌더팜의 모든 서버를 양자 컴퓨터로 교체하면 어떻게 될까요?
모든 것이 빨라질 겁니다. 만약 여러분이 기억한다면 렌더링은 기본적으로 3D 씬을 2D 이미지로 변환하는 것과 관련된 모든 까다로운 수학적 계산을 해결하는 것입니다. CPU가 이 모든 연산을 선형적으로 수행하는 대신 양자 컴퓨터는 이러한 계산을 동시에 수행합니다.
양자 컴퓨터는 또한 렌더팜 운영을 더 효율적으로 만들 것입니다. 대기열은 과거의 것이 될 수 있습니다. 아티스트가 프로젝트를 팜에 로드 할 때 양자 컴퓨터는 그들이 다른 프로젝트를 렌더링하는 동안에도 그들을 바로 받아들일 수 있습니다.
렌더링 시 소요 시간에 크게 영향을 미치는 요소 중 하나는 조명입니다. 빛이 환경에서 어떻게 행동하고 그 안에 있는 오브젝트와 상호 작용하는지는 정확하게 계산하기 어렵습니다. 따라서 크고 복잡한 씬에서 사실적인 조명을 사용하면 렌더링 시간이 길어집니다. 양자 컴퓨터는 동시 계산을 수행할 수 있기 때문에 번개 속도로 보다 생생하고 사실적으로 빛이 생성되는 씬을 생성할 수 있습니다.
그리고 조명은 색상, 텍스처, 재질, 움직임 등 다른 모든 속성에 적용됩니다. 이제 양자 컴퓨팅이 혁신을 일으킬 수 있는 3D의 몇 가지 측면에 대해 좀 더 자세히 알아보겠습니다:
광선 추적(Ray tracing)은 광원에서 오는 개별 광선을 따라 오브젝트에 닿은 다음 해당 오브젝트에서 반사되어 보는 사람의 눈 역할을 하는 씬의 가상 카메라에 닿는 것을 처리합니다. 여러분이 상상할 수 있듯이, 이것은 계산적으로 어려울 수 있습니다. 그렇기 때문에 이 기술은 게임의 실제 인터랙티브 플레이보다 영화나 컷씬과 같은 사전 렌더링 자료에서 더 많이 발견됩니다. 양자 컴퓨팅은 환경에서 여러 오브젝트에 효율적으로 충돌할 때 여러 광선을 추적할 수 있으므로 기존 래스터화와 혼합하지 않고도 게임에서 전체 광선 추적을 사용할 수 있습니다.
3D 입자 및 재질 시뮬레이터는 아티스트들의 시간과 에너지를 많이 절약하기 때문에 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 시뮬레이터가 없으면 먼지, 연기, 불, 잔해, 잔디, 천, 흐르는 물의 모든 "입자"를 씬에 필요한 경우 처음부터 모델링하고 애니메이션을 만들어야 합니다. 현재의 고전적인 컴퓨터에서도 시뮬레이터는 사실적인 입자와 재질을 생산하는 데 도움이 되었습니다.
양자 컴퓨팅은 이 모든 것을 다음 단계로 끌어올릴 준비가 되어 있습니다. 양자 컴퓨팅은 더 현실적으로 보이는 시뮬레이션 입자와 재질을 약속할 뿐만 아니라, 더 사실적으로 작동하며 아마도 자체 최적화된 것을 가져올 것입니다. 예를 들어, 여러분의 씬에 시뮬레이션 된 연기를 넣었습니다. 그런 다음 여러분은 불타는 건물의 꼭대기 근처에서 헬리콥터가 날아간다고 정했습니다. 양자 컴퓨팅은 헬리콥터에서 불어오는 바람에 반응하여 연기의 방향과 속도를 자동으로 조정할 수 있습니다. 정말 대단합니다. 아티스트들이 현실적인 환경을 만드는 속도와 그러한 환경의 사실성 수준은 양자 컴퓨터가 등장하면 비약적으로 발전할 것입니다.
머신 러닝은 대규모 데이터 세트를 처리하고, 데이터에서 패턴과 추세를 찾고, 이러한 패턴과 추세를 기반으로 최적화하는 시스템의 기능에 의존합니다. 이것은 3D 어플리케이션을 가지고 있으며 특히 2D 사진에서 3D 모델을 만드는 것입니다.
이러한 'Photogrammetry'라고 불리는 사진 측량 기술은 현재 이미 사용 가능하지만 대부분의 사진 측량 어플리케이션은 여러 각도에서 찍은 동일한 오브젝트의 여러 사진을 필요로 합니다. 양자 컴퓨팅은 머신 러닝을 기하급수적으로 강화할 수 있는 잠재력을 가지고 있기 때문에 사진에서 오브젝트를 식별하는 알고리즘을 훈련한 다음 이를 사용하여 단일 2D 사진을 완전하고 정확한 3D 모델로 바꿀 수 있는 어플리케이션을 만들 수 있습니다. 이 기술이 영화 제작, 게임 디자인, 건축 시각화 및 산업 디자인에 미치는 영향을 상상할 수 있습니다.
양자 컴퓨터가 3D와 다른 분야에 가져올 수 있는 가능성을 상상하는 것은 놀라운 일입니다. 하지만 우리가 꿈을 꾸는 동안에도 우리의 발은 땅에 고정되어 있다는 것이 중요합니다.
신뢰할 수 있고 실용적이며 상업적으로 실현 가능한 양자 컴퓨터는 적어도 수십 년은 더 남아 있습니다. 현재 우리가 가지고 있는 양자 컴퓨터의 형태가 무엇이든 간에 모두 초기 단계에 있으며 컴퓨터 과학의 최첨단에서 운영되는 거대 기술 기업의 손에 있습니다.
이것은 단순히 이 기사를 쓰는 시점에서 양자 컴퓨터가 대부분의 사람들에게 도달할 수 없다는 것을 의미합니다. 사실 양자 컴퓨터는 오늘날 거의 존재하지 않습니다. 근본적인 과학은 제자리에 있지만, 기술은 따라잡아야 할 것이 많습니다. 현재 양자 컴퓨터를 위한 많은 작업 설계는 마이크로칩의 구성 요소가 양자 동작을 나타내기 시작하기 위해 마이크로칩을 거의 절대 0도 온도까지 냉각시켜야 합니다. 그것의 운영을 위해 많은 힘과 많은 돈이 필요합니다. 그리고 이러한 칩들이 양자 상태에 도달하더라도, 주변 환경의 소음이나 원치 않는 상호작용에 취약합니다. 따라서 이러한 양자 마이크로칩에서 데이터를 안정적으로 저장하고 검색하는 것이 매우 까다롭습니다. 현재 양자 컴퓨터는 지속 불가능합니다. 우리는 실용적이고 반복 가능하며 확장 가능한 양자 처리 장치로부터 최소한 몇 단계의 기술적 도약이 있습니다.
양자 컴퓨터는 3D 디자인 및 렌더링의 모든 측면을 보다 현실적이고 효율적이며 속도와 창의성을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 양자 컴퓨터가 마침내 주류가 되었을 때, 저는 양자 컴퓨터가 오늘날 우리가 상상조차 할 수 없는 더 많은 혁신으로 이어질 것이라고 확신합니다. 그러나 그 날이 오기 전까지 빠르고 효율적이며 비용 효율적인 렌더링을 위한 최선의 방법은 기존 CPU 및 GPU로 구성된 서버가 존재하는 온라인 렌더팜입니다.
양자 컴퓨터의 시대가 다가오고 있지만 여러분 작업의 마감 기한이 가장 먼저 다가오고 있습니다. 예산 범위 내에서 신속하게 프로젝트를 렌더하려면 셀프 견적 계산기를 확인하십시오.
