글로벌 ‘양자’ 경쟁…지금 우리는?

물리학에서나 나올 법한 '양자'가 세계적 주목을 받고 있습니다. 개념조차 낯선 양자 기술 전쟁은 일찌부터 시작됐고 세계 양자시장 규모는 연평균 20% 이상 성장세를 보이고 있습니다.
양자는 불연속적인 입자성과 중첩이 가능한 파동성을 동시에 갖는 개체를 뜻하는데, 에너지나 운동량이 불연속적인 물리량 현상 전반을 의미합니다. 이 특성을 활용해 컴퓨터나 통신, 센서 등 정보기술에 적용하는 기술을 '양자과학기술'이라고 부릅니다. 양자암호통신은 초기 상용화 단계, 양자 센서는 늦어도 9년 뒤 양자 컴퓨터의 경우에도 15년 안에는 열릴 것으로 분석됩니다. 세계가 주목한 이유는 무엇인지, 우리 수준은 어느 정도 일까요?

■ '꿈의 컴퓨터'라 불리는 양자 컴퓨터... 국내에서 2026년까지 50큐비트급 나올까?

양자컴퓨터는 연산 방법의 기본 원리부터가 다릅니다. 양자 컴퓨터는 '큐비트'이라고 하는 것을 연산에 사용합니다. 큐비트는 퀀텀 비트('Quantum bit')를 줄인 말입니다. 이 단위로 0 과 1에서 중첩된 경우의 수를 만들어낼 수 있습니다. 상용화된 양자컴퓨터는 슈퍼컴퓨터가 1만 년 정도 걸릴 문제를 200초안에 풀어낼 수 있다는 평가가 나올 정도로 복잡한 계산의 빠른 연산이 강점입니다.

2의 50 제곱 규모의 정보를 처리할 수 있는 50큐비트는 슈퍼 컴퓨터를 뛰어 넘는 기준점이 됩니다.

이용호 한국표준과학연구원 초전도양자컴퓨팅시스템연구단장에게 정부가 50큐비트급을 최우선 목표로 삼은 이유에 관해 묻자 "50큐비트 절대적 기준은 아니지만 50큐비트급이 실용화되면 슈퍼 컴퓨터로 풀 수 없는 문제를 푸는 하나의 출발점이 될 수 있다"며 "100큐비트, 200큐비트로 가기 위한 하나의 고속도로가 만들어진다"고 설명했습니다.

지난해 정부가 발표한 양자과학기술전략을 봐도 2026년까지 50큐비트급, 31년 내에 1,000큐비트급 그리고 35년까지 상용화를 하겠다는 게 목표입니다.

■ 정부 목표 "기술력, 선진국의 85% … 인력 2,500명까지 늘린다"

지난해 정부가 발표한 양자과학기술전략에서 정부가 발표한 양자 컴퓨팅 체계에서는 큐비트 수와 큐비트의 신뢰도 등이 핵심입니다. 현재 올 연말까지 20큐비트급 양자컴퓨터가 구현될 전망입니다. 아래는 시연 영상 일부입니다.

이 단장이 보여준 현재 시험 중인 20큐비트급에 들어가는 칩입니다. 낮은 온도를 유지해야 하기 위해 냉각기에서 구동됩니다. 제 손바닥만 한 이 칩이 민관 기술 협업의 집약체입니다.

정부는 12대 국가 필수 전략 기술로 이런 양자컴퓨팅과 통신, 센서 등이 포함된 양자 분야를 선정해 연구개발과 투자전략을 발표했습니다.

정부가 양자기술에 주목하는 이유는 양자기술은 기술 패권 시대의 게임체인저로 꼽히기 때문입니다.지구상에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터가 1만 년 걸리는 계산을 200초 만에 해결할 수 있다는 평가를 받는 양자컴퓨터는 차세대 혁신 기술 분야입니다. 양자기술을 활용하면 차기 통신, 암호·보안, 컴퓨터 등 많은 분야에 혁신을 가져올 것으로 기대됩니다.

함재균 한국양자산업협회 사무국장은 "상용화되면 우리가 강점을 보이는 제조업이나 AI 기술 개발, 신약개발 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다"고 설명했습니다.

■ 전문가들 " 외국과 비교해 인력 절실… 상용화되면 활용도 많아"

해외에서는 정부 차원에서 돕고 기업들은 투자에 나서 양자 컴퓨터 개발에 속도를 내고 있습니다. IBM, 구글, 마이크로소프트 등 빅테크 기업들은 수백만 달러를 투자하고 있습니다. MS는 양자기술을 활용해 신재료를 찾기도 하고 중국에서는 72큐비트급 양자컴퓨터칩이 나오기도 했습니다.

지난해 발간된 양자정보기술백서를 보면 지난해 미국은 양자 기술에만 2조 원 가까운 예산을 투입했지만 우리 예산은 지난해 9백 억 원 정도였습니다. 후발 주자인 만큼 인력도 부족합니다. 현재 연구 인력이 400여 명 정도 입니다.

이용호 단장은 "구글이 2019년에 내놓은 양자 관련 논문 저자만 7, 80명"이라며 "현재 우리는 관련 기초 분야를 연구하는 인력을 다 모아도 그 정도"라고 말했습니다.

2035년까지 민간투자까지 합쳐 3조 원을 투입해서 현재 양자 기술력을 선도국의 85% 수준까지 끌어올려 양자 시장 점유율을 4위까지 만들겠다는 게 정부 목표입니다. 보안 체계까지 무력화시킬 수 있다는 양자 기술이 바꿔놓을 사회를 그리기엔 아직은 먼 미래 같지만 선점 경쟁은 이미 막이 올랐습니다.

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황정호 기자 (yellowcard@kbs.co.kr)