인간의 손과 두뇌로 완벽하게 채울 수 없다는 부산항 선석 스케줄 최적화 문제에 관해 황원주 부산대 정보컴퓨터공학부 교수 연구팀이 해결책을 제시했다. 황 교수는 부산항 선석 최적화를 위한 양자 소프트웨어를 개발하고, 내년부터 실제 터미널 운영사를 대상으로 실증에 들어갈 예정이다.이 사업은 지난해 부산시가 과학기술정보통신부의 양자컴퓨터 산업 활용 연구과제(양자컴퓨팅 기반 양자이득 도전 연구) 공모에 선정돼 55억원의 연구비를 확보한 것으로 시작됐다.
황 교수는 부산항의 터미널 운영사 한 곳을 대상으로 지난 1년 동안 연구를 진행했다.
황 교수 연구팀은 주어진 제약 조건에서 최적의 상태를 찾아내는 최적화 이론을 토대로 양자 알고리즘의 수학적 이론 모델을 먼저 개발했다.
황 교수는 특정 선박의 양적하 작업 시간 등 선박 계류 시간에 영향을 미치는 9개 변수를 정의하고 계류 시간 최소화를 위한 수식을 만들었다. 이렇게 만들어진 수식을 바탕으로 양자컴퓨터에서 가동되는 양자 알고리즘을 개발했다. 그리고 양자컴퓨터 큐비트를 최소한으로 쓰기 위한 데이터 전처리 알고리즘을 개발하고, 양자 알고리즘 가동과 함께 생기는 ‘노이즈’를 제거하는 알고리즘도 만들었다. 양자 알고리즘에서 생기는 노이즈는 큐비트의 민감한 양자 상태를 교란해 계산 오류를 유발한다.
알고리즘 적용 결과, 부산항의 한 개 터미널에 드나드는 50척(1주일 기준) 선박에 대한 선석 최적화가 가능한 것으로 나타났다. 특히 부산항 선석 최적화 문제에 대한 계산 복잡도가 커 현재 컴퓨터 계산으로는 항만업계가 ‘실시간 작업’의 기준으로 삼는 한 시간을 따라잡지 못하는 문제가 있었지만, 캐나다 양자컴퓨터 기업 디웨이브(D-WAVE)에서 소프트웨어를 가동한 결과 작업자가 실시간으로 제어가 가능함을 입증했다.
이 소프트웨어는 내년 실제 항만 터미널 운영사에서 실증하며 레퍼런스를 만들 계획이다. 부산과학기술고등교육진흥원(BISTEP)은 이 분야의 논문을 쓴 황 교수 연구팀 소속 정선근 박사과정 연구원에게 ‘부산 우수 연구자 BISTEP 원장상’을 수여했다.
황 교수는 “양자컴퓨터의 이론적 기반을 다루던 물리학과 수학 전공을 벗어나 컴퓨터공학에서 응용 소프트웨어를 만든 데 큰 의미가 있다”며 “양자컴퓨터의 상용화와 실생활 적용에 의미 있는 한 발을 내디딘 것”이라고 강조했다.
부산=민건태 기자 minkt@hankyung.com
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