한국과 폴란드 공동 연구팀이 게임 이론에서 게임 참여자의 합리적 의사결정(추론) 시 양자(量子·quantum) 물리학 방식을 선택한 게임자는 고전(양자에 대비되는 것으로써 현존하는 모든 것)적 게임 규칙, 요소 하에서도 기존 대비 승률을 큰 폭으로 향상시킬 수 있는 결과를 처음으로 제시했다.
GIST(광주과학기술원) 정보통신공학부 함병승 교수(광양자정보처리센터장)와 한양대 물리학과 이진형 교수(이상 공동 교신저자), GIST 방정호 박사(제1저자), 폴란드 그단스크 대학 연구팀은 이러한 내용의 연구 결과를 2월 15일 네이처(Nature) 자매지인 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)에 게재했다.
양자게임이 고전 규칙 하에서도 가능한가에 관한 문제는, 방대한 고전 데이터 혹은 지식 체계를 양자화하지 않고도 원하는 정보를 추출할 수 있는지와 직접 관련이 있다. 현재 양자컴퓨팅 및 양자인공지능 등의 미래 분야에서는 이에 관심이 집중되고 있는데, 이 분야 대다수 연구자들은 부정적 견해를 취하였다.
▲ GIST 함병승 특훈교수(왼쪽), 방정호 박사.
한국과 폴란드 공동 연구팀은 이를 게임자가 의사결정(혹은 추론) 할 때의 양자성 도입 문제로 전환하였다. 이 같은 발상의 전환으로 게임 요소 및 규칙 등에서 양자성을 도입하지 않더라도 양자적 의사결정을 통해 양자이득이 가능함을 최초로 제시하였다.
GIST-한양대-폴란드 공동연구팀은 해당 문제를 다루기 위해 스무고개 놀이와 유사한 ‘비밀-비트 추측 게임(Secret-bit guessing game)'을 고려하였다. 이는 한 명이 다른 사람이 숨기고 있는 비밀 정보를 추측하는 게임이다. 게임 요소 및 규칙 등에 양자성(양자중첩/양자얽힘)을 철저히 배제하였다. 또한, 참여자의 의사결정 과정을 비교, 분석하기 위해 게임 참여자의 추론과정을 양자 및 고전 기계로 대체하였다.
이 같은 게임에서 추론(의사결정)을 하는 게임 참여자(즉 기계)가 양자중첩을 이용한다면, 고전게임이라도 양자이득을 취할 수 있음을 증명하였다.
방정호 박사는 "이번 연구는 지금 현재 정보의 통신 및 가공 등에 사용하고 있는 데이터를 양자화하지 않고도 양자 정보 및 컴퓨팅 이론이 추구하는 양자 이득이 가능하다는 사실을 시사하는 중요한 결과이다"고 밝혔다. 아울러 방 박사는 “이번 연구에서 논의했던 추론 프로토콜 및 도출 결과는 양자 암호, 양자 인공지능 등 다양한 양자정보 연구에 기여할 것” 이라고 덧붙였다.
글. 정유철 기자 npns@naver.com 사진. GIST.