양자 연구의 핵심, 가속 컴퓨팅의 역할

가속 컴퓨팅, 양자 연구의 핵심 기술

최근 발표된 NVIDIA, Moderna, Yale의 공동 연구에 따르면, CUDA-Q 플랫폼을 활용한 양자 알고리즘 가속이 약물 발견 연구의 규모를 확장할 수 있는 잠재력을 갖고 있다.

가속 컴퓨팅은 초당 수십억 회의 연산을 처리하는 능력을 지니고 있으며, 양자 컴퓨팅의 병렬 처리 성능과 결합될 때 더욱 강력해진다. 이러한 가속 능력은 연구와 개발의 시간을 크게 단축시킨다.
연구에 따르면, 양자 가속 컴퓨팅을 적용하면 분자의 상호작용을 시뮬레이션하고, 새로운 화합물의 가능성을 기존보다 10배 이상 빠르게 검토할 수 있다.

양자 기계 학습(QML) 기법을 활용하면 분자 특성을 더 잘 예측할 수 있어 새로운 약물 치료제 개발이 더욱 효율적이 될 수 있다. 이 연구는 GPU 가속 시뮬레이션이 이러한 방법을 탐구하는 핵심 도구임을 강조한다.

2018년의 연구에 따르면 QML을 통해 약 85% 이상의 정확도로 분자 구조를 분석할 수 있다는 결과가 나왔다. 이는 AI 기반의 바이오팜 분야 연구에 획기적인 전환점을 제공하고 있다.
QML 모델은 특히 고성능의 GPU와 결합될 때 수백만 개의 화합물을 동시에 평가할 수 있어 약물 발견 초기에 걸리는 시간과 비용을 줄일 수 있다.

미래의 양자 신경망은 양자 컴퓨팅을 활용하여 기존 인공지능 기술을 향상시킬 수 있다. 제약 산업에 적용하면 복잡한 약물 발견 작업을 간소화할 수 있는 기회를 제공한다.

양자 신경망은 수십억개의 노드와 연결된 복합적인 네트워크 구조를 빠르게 계산하는 능력을 지녔다. 이를 통해 대규모 데이터셋을 효율적으로 처리할 수 있다.
연구에 따른 예측에서는 이러한 융합이 제약사의 신약 개발 성공률을 20% 이상 향상시킬 수 있을 것으로 보이며, 이는 수십억 달러의 비용 절감 효과를 가져올 수 있다.

실제 약물 발견과 같은 사례에서 양자 신경망의 영향을 연구하려면 대규모의 양자 처리 장치(QPU) 시뮬레이션이 필요하다. 이는 GPU 가속 슈퍼컴퓨팅을 통해 해결할 수 있는 도전 과제 중 하나다.

대규모 시뮬레이션은 특히 새로운 분자 구조의 가능성을 평가할 때 수백만 개의 변수 처리를 요구한다. 이러한 요구사항은 고성능 컴퓨팅의 필수 활용을 촉발한다.
IBM과 구글이 참여한 이전 연구에서는 대규모 QPU 시뮬레이션을 통해 약물 합성 과정에서 발생할 수 있는 오류를 90% 이상 줄일 수 있다는 것을 증명했다.

NVIDIA의 CUDA-Q 플랫폼은 다중 GPU 가속 시뮬레이션을 위한 독특한 도구를 제공한다. 이는 현실적인 대규모 장치를 연구하는 데 중요한 능력이다.

CUDA-Q 플랫폼은 전통적인 CPU와 비교할 때 5배 이상의 계산 속도를 제공하여, 복복잡한 모델을 실시간 분석하는 능력을 강화한다.
이러한 중요한 역할 덕분에 CUDA-Q는 NASA와 같은 대규모 연구 기관에서도 사용되고 있으며, 복잡한 물리적 시스템의 실시간 시뮬레이션을 가능하게 한다.

CUDA-Q는 다수의 QPU를 병렬로 시뮬레이션할 수 있는 능력을 제공하며, 이는 양자 기계 학습 작업을 위한 데이터 배치를 탐색하는 데 필수적이다.

양자 컴퓨팅 광고 대기업의 대규모 IT 인프라 지원을 위한 방대한 시뮬레이션에서는 CUDA-Q의 병렬 처리 능력이 매우 유용하다.
현대 과학은 점점 더 복잡한 데이터 세트를 요구하며, 예를 들어, 2020년 양자 기계 학습 시뮬레이션에서는 2테라바이트 이상의 메모리가 필요하다.

하이브리드 양자 합성 신경망과 같은 QML 기법은 클래식과 양자 자원을 결합하여 프로그램을 작성할 수 있는 CUDA-Q의 기능을 필요로 한다.

이 연구는 GPU 슈퍼컴퓨팅에 대한 의존도가 증가하고 있음을 보여주는 최신 사례이며, NVIDIA는 SC24 콘퍼런스에서 양자 컴퓨팅의 미래에 대한 역할을 더욱 부각할 예정이다.

GPU 슈퍼컴퓨팅은 글로벌 IT 시장에서 연평균 10% 이상의 성장을 보이며, NVIDIA는 그 선두주자로 자리잡고 있다.
SC24에서 발표될 최신 기술은 특히 에너지 효율성과 처리량에서 새로운 기준을 세울 것으로 예상되며, 이는 향후 양자 연구의 방향을 크게 좌우할 수 있다.