[생활속 과학이야기] 양자컴퓨터와 양자전환(QX)

강노원 한국표준과학연구원 성과정책본부장

최근 양자컴퓨터는 전 세계적으로 미래 핵심 기술로 주목받고 있으며, 이에 따라 막대한 투자가 이어지고 있다. 양자컴퓨터는 양자AI, 금융서비스, 전자소자, 사이버 보안, 군사기술 등의 분야에 파괴적 혁신을 일으켜 우리 생활을 혁신적으로 바꿀 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

이러한 기술의 중요성 및 그 파괴성을 인식한 주요 국가들은 양자컴퓨터 관련 기술에 대한 수출을 통제하고 있다. 유럽은 2022년 러시아-우크라이나 전쟁 발발 시 러시아에 대한 양자기술 통제를 시작했으며, 2023년부터는 소재·부품·장비, 시스템의 수출 규제를 강화하고 있다. 미국은 2018년부터 수출통제개혁법 등을 통해 수출 관리 규정을 강화하고 양자컴퓨터를 군사 목적으로 사용하는 것을 제한하고 있다.

대한민국 정부도 이러한 흐름에서 국내산 양자컴퓨터 개발 필요성을 인식하고 2030년까지 1000큐비트급 초전도형 양자컴퓨터를 개발하는 계획을 수립해 시행 중이다.

한국표준과학연구원(KRISS)은 20큐비트급 초전도 양자컴퓨터를 올해 1월에 시연했으며, 2027년까지 50큐비트급 양자컴퓨터를 개발할 예정이다. 또한 초전도형 양자컴퓨터 이외에 중성원자 등 다양한 방식의 시스템 개발을 지원하고 있다.

양자컴퓨터를 제작하기 위해서는 다양한 소재·부품·장비가 필요하다. 양자컴퓨터의 두뇌 역할을 하는 핵심 부품인 QPU(Quantum Processing Unit)는 KRISS와 성균관대학교가 함께 개발 중이며, 시스템 역시 KRISS에서 개발 중이다. 하지만 현재 개발 중인 시스템의 약 95%가 수입 부품으로 구성된다. 주요 부품으로는 냉동기, 무선 주파수(RF: Radio Frequency) 부품, 시스템 제어기 등이 있다.

낮은 국산 부품 비율은 우리나라가 양자기술 분야에서 선도국을 따라가는 후발국임을 여실히 보여준다. 특히나 국산화율이 낮다면 독자적으로 양자컴퓨터 시스템을 개발해 보유하고 있더라도 정치적 상황에 따라 부품의 수출이 통제될 경우, 과거 반도체 소재·부품·장비 사태가 재현될 우려가 있다.

양자컴퓨터용 부품의 약 70%는 기존 산업에서 사용하던 기술을 이용해 개발된다. 물론 기존 기술을 그대로 적용할 수는 없고 저온 환경에서의 동작 등 양자컴퓨터의 필요 사양을 충족해야 한다. 이때 부품의 성능을 파악하는 것이 매우 중요한데, 이를 위해 전체 시스템을 개발하는 기관에서 필요한 사양 정보를 제공해야 한다.

대한민국은 제조업 강국으로 이미 반도체, 통신, 광학 분야의 기존 소재·부품·장비 산업이 잘 발달돼 있다. 기존에 발달된 산업 기술을 양자컴퓨터에 적용할 수 있는 기술로 변환하는 것을 '양자전환(QX: Quantum Transformation)'이라고 한다. 양자전환을 신속하게 수행하기 위해서는 양자 소재·부품·장비의 개발을 돕기 위한 시험 인프라 구축이 매우 중요하다. KRISS는 산업계 양자전환을 돕기 위해 양자컴퓨터 및 관련 소재·부품·장비의 개발, 시험 및 측정표준 개발에 매진하고 있다.

양자컴퓨터와 양자전환은 단순한 기술 개발을 넘어, 국가의 미래를 좌우할 중요한 요소다. 양자기술 선도국가로 도약하기 위해서는 정부와 기업, 연구기관의 긴밀한 협력과 지속적인 투자가 필요하다. 이러한 노력이 모여 대한민국이 양자컴퓨터 분야에서 세계를 선도하는 위치에 서기를 기대한다. 강노원 한국표준과학연구원 성과정책본부장