신용카드로 온라인 쇼핑을 하거나, 휴대폰에 업데이트를 설치하거나, 동료에게 기밀 파일을 보내는 등 매일 아무 생각 없이 이런 일을 하고 있을 것입니다. 하지만 계정이 해킹당하지 않거나 업데이트가 멀웨어가 아니라는 것을 어떻게 확신할 수 있을까요?

그 해답은 바로 매일 수십억 건의 거래와 통신을 보호하는 인터넷 보안 프로토콜입니다. 최신 암호화 방식은 기존 컴퓨터로는 해독하기 어려운 알고리즘을 사용합니다. 아무리 강력한 슈퍼컴퓨터라도 올바른 패스키를 찾기까지 수백만 년을 추측해야 할 수도 있습니다.

하지만 양자 컴퓨터라는 새로운 장치를 사용하면 몇 분 안에 암호를 해독할 수 있습니다. 양자역학의 특성을 활용하여 전례 없는 처리 능력의 발전을 이룬 이 기계는 과학자들이 블록버스터 의약품을 발견하거나 고효율 배터리를 설계하는 데 도움을 줄 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 하지만 범죄 조직이나 국가가 후원하는 해커의 손에 들어가면 디지털 보안의 근간을 무너뜨릴 수 있습니다. 양자 컴퓨터가 아직 암호화 표준을 깨뜨릴 만큼 널리 보급되지는 않았지만, 전 세계적으로 방어 체계를 강화하기 위한 경쟁이 계속되고 있습니다.

마스터카드의 사장 겸 최고 기술 책임자인 에드 맥러플린(Ed McLaughlin)은 "우리는 글로벌 상거래에 대한 진정한 실존적 위협에 직면해 있습니다."라고 말합니다. "우리는 모든 곳에서 비즈니스와 고객을 보호하기 위한 혁신을 주도하고자 합니다."

그래서 마스터카드는 2021년에 양자 공격에 강한 새로운 암호화 방법을 모델링하는 양자 보안 및 통신 프로젝트를 시작했습니다. 이 결과는 엔지니어가 취약점을 파악하고 업그레이드를 테스트할 때 향후 네트워크 설계에 직접적으로 영향을 미칩니다. 

양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터와 마찬가지로 물리적 현상에 의존하여 정보를 1과 0의 문자열로 인코딩합니다. 노트북에서 물리적 실체는 전류이며, 0 또는 1로 꺼져 있거나 켜져 있을 수 있습니다. 양자 컴퓨터는 특수 회로 또는 진공 챔버에서 격리된 아원자 입자인 큐비트를 사용합니다. 기존 컴퓨터의 회로와 마찬가지로 큐비트는 전자의 스핀 방향이나 광자의 편광과 같은 두 가지 상태(예: 전자의 스핀 방향)에 국한됩니다.

하지만 여기서부터 이상한 일이 벌어지기 시작합니다. 큐비트는 중첩 상태에 놓일 수 있으며, 이는 큐비트가 관찰될 때까지 두 가지 상태를 동시에 차지하다가 그 시점에서 하나의 결과로 붕괴된다는 것을 의미합니다. (살아 있는 동시에 죽은 슈뢰딩거의 고양이를 기억하시나요?) 이렇게 추가된 차원을 통해 양자 컴퓨터는 문제에 대한 모든 가능한 해결책을 동시에 떠올릴 수 있습니다.

양자역학은 큐비트에 힘의 승수를 부여하는데, 이보다 더 이상한 점이 있습니다: 큐비트는 서로 얽혀서 항상 일치하거나 항상 반대되는 상태로 상호 연관될 수 있습니다. 아무리 멀리 떨어져 있어도 얽힌 큐비트의 변화는 다른 큐비트에 즉각적으로 영향을 미치며, 하나를 관찰하면 다른 큐비트의 상태를 확인할 수 있습니다.

중첩과 얽힘이라는 두 가지 속성을 통해 양자 컴퓨터는 오늘날의 최첨단 슈퍼컴퓨터보다 기하급수적으로 더 강력한 성능을 발휘할 수 있습니다. 중첩된 큐비트는 가능한 모든 상태 조합을 등록하므로 큐비트가 추가될 때마다 데이터 용량이 두 배로 증가합니다: 2개의 큐비트는 4개의 값을 저장하고, 3개의 큐비트는 8개의 값을 저장하며, 50개의 큐비트는 4조 개 이상의 값을 저장합니다.

마스터카드의 운영, 네트워크 및 직원 디지털 경험 팀을 총괄하며 양자 위협에 대비해 네트워크를 미래에 대비하는 회사의 접근 방식을 이끌고 있는 조지 마달로니는 "이것이 바로 기존 데이터 처리 방식을 뛰어넘는 더 강력한 이유입니다."라고 말합니다.

"향후 15년 안에 이러한 컴퓨터는 글로벌 사이버 보안 인프라의 근간을 무너뜨릴 수 있습니다."