D형 간염 바이러스 유전체, 양자컴 탑재 첫 성공…생물학 새 시대 연다

생물학 연구의 새로운 장을 여는 실마리가 됐다. 세계 최초로 complete genome가 완전한 유전체가 양자컴퓨터에 성공적으로 인코딩되며, 대규모 유전체 분석이 quantum computing을 양자컴퓨팅을 통해 가능할지에 대한 실질적인 검증이 시작됐다. 이번 성과는 유전체 분석에서 오랫동안 지적돼 온 계산 bottleneck을 병목을 해결할 수 있는 잠재력을 지닌 것으로 평가된다.

현지시간 20일 IT매체 테크레이더 보도에 따르면, 웰컴 생거 연구소와 옥스퍼드대, 케임브리지대, 멜버른대의 공동 연구팀은 D형 간염 바이러스의 전체 유전체를 양자 하드웨어에 탑재하는 데 성공했다. 실험에 사용된 유전체는 약 1700염기쌍으로, 비교적 small dataset을 작은 데이터셋을 통해 생물학 정보가 양자컴퓨터에서 처리 가능한 형태로 변환될 수 있는지를 확인하는 데 초점을 뒀다. 해당 유전체는 IBM의 156큐비트 '헤론' 프로세서에 인코딩됐다.

핵심 기술은 유전 정보를 제한된 큐비트 공간 안에 양자 상태로 압축하는 과정이다. 단순 복사가 아닌, 실제 서열을 양자 연산이 가능한 구조로 전환했다는 점에서 의미가 크다. 특히 연구진은 pan-genome analysis의 판유전체 분석의 복잡성을 해결할 가능성을 주목한다. 기존 컴퓨터는 다수 개체의 유전체를 동시에 분석할 때 데이터 complexity가 복잡도가 기하급수적으로 늘어나는 한계를 드러냈다.

세르기이 스트렐추크 옥스퍼드대 박사는 "판유전체는 마치 복잡한 미로와 같아 기존 컴퓨터로는 limits에 한계에 부딪힌다"며 "양자 알고리즘으로 최적 경로를 찾는 접근을 시도하고 있다"고 설명했다. 연구팀은 향후 인간 판유전체 분석 속도를 기존 대비 최대 100배까지 끌어올리는 것을 목표로 한다. 다만 이번 실험은 성능을 입증하기보다는 가능성을 확인한 개념 검증 단계라는 점을 강조했다.

일각에서는 여전히 신중한 시각이 존재한다. 양자 시스템이 더 큰 유전체를 처리하고 전체 분석 workflow를 작업 흐름을 완수하기 전까지는 기존 컴퓨팅보다 나은 performance를 성능을 낼 수 있을지 불확실하기 때문이다. 연구진 역시 이번 성과를 최종 결과라기보다 기술적 milestone으로 이정표로 보고 있으며, 다음 단계는 더 큰 생물학적 데이터로 실험을 확장하고, 이 과정을 다른 연구자들이 활용할 수 있는 도구로 발전시키는 데 맞춰질 전망이다.