양자기술의 시대가 찾아온다!

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양자기술이란?

양자기술은 비트(0 또는 1)가 아닌 큐비트(0 이면서 1)로 연산하는 양자컴퓨터, 양자정보통신, 양자센싱을 의미합니다. 전 세계가 주목하고 있는 양자기술은 산업 판도를 뒤집을 게임 체인저로 불릴 만큼 발전하고 있는데요.


그중에서도 양자컴퓨터는 아직 초기 단계이지만 빠른 성장세를 보이고 있습니다. 양자컴퓨터란 0과 1이 동시에 존재하는 양자 상태의 큐비트로 연산하며, 슈퍼컴퓨터로도 수억 년이 걸리는 복잡한 문제를 몇 시간 만에 계산하는 것이 장점입니다. 업계에 따르면 수퍼컴퓨터가 1만 년 걸릴 난수 증명 문제를 양자컴퓨터는 단 200초 만에 해결했다고 하는데요. 양자컴퓨터가 슈퍼컴퓨터의 연산 능력을 능가하는 '양자 초월'이 처음 달성된 것이죠.


양자통신은 빛의 최소 단위인 광자에 정보를 실어 보내는 것을 의미합니다. 광자는 더이상 분해할 수 없는 최소 입자이기에, 여기에 실린 정보를 가로채는 것은 사실상 불가능한데요. 현재 양자통신은 광자 레이저 펄스를 이용해 발신자와 수신자가 무작위로 암호키를 나누어 가집니다. 이후 광원이 광자를 하나 만들면 검출기가 이를 확인하고 보안성을 부여하는 방식입니다.


양자컴퓨터의 선두주자는?

'IBM'은 1985년부터 양자컴퓨터 개발을 시작하며 실제 문제 해결에 앞장섰는데요. 양자컴퓨터 상용화 기업 중 가장 앞선 것으로 평가받는 미국 IBM은 양자 컴퓨터를 설치하고 양자 연구를 촉진하는 양자 허브를 독일과 일본에 두고 있습니다. IBM의 양자 허브가 되는 것 또한 경쟁일 만큼, IBM의 연구 규모는 남다른데요. IBM은 현재 65큐비트 양자컴퓨터 '허밍버드'를 운용 중이며 올해 127큐비트 양자컴퓨터 '이글'도 선보일 것을 발표했습니다. 이후 내년에는 큐비트를 433개로 늘린 '오스프리'를, 후년에는 1,121개의 큐비트로 만든 '콘도르' 개발을 예고했죠.


'아이온큐'는 전 세계에서 상용화한 양자컴퓨터 중 가장 크기가 작지만, 가장 열린 개발환경을 지닌 곳입니다. 임직원이 63명밖에 안 되는 스타트업이지만, 빌 게이츠부터 아마존, 구글, 삼성전자와 같은 글로벌 기업의 투자까지 받았는데요. 기업가치만 20억 달러로 추정되며, SPAC 상장도 앞둔 양자컴퓨터계의 신흥 강자로 볼 수 있죠. 개발환경이 매우 열려있는 것을 강점으로 둔 아이온큐는 오랜 연구 끝에 상온에서 작동할 수 있으면서 계산 성능이 뛰어난 양자컴퓨터를 만드는 데 성공했습니다.


양자기술을 마주하는 한국의 상황은?

미국과 유럽, 중국, 일본은 국가 안보 차원에서 양자기술에 엄청난 투자를 해오고 있습니다. 하지만 이에 비해 한국은 연구개발 투자 시기를 다른 나라에 비해 5년 정도 놓친 상황인데요. 과학기술정보통신부는 지난달 '미래 양자 융합 포럼'을 결성하고 양자기술 개발에 속도를 낼 것이라 밝혔습니다. 내년에는 올해보다 83% 늘어난 603억 원을 양자기술 개발에 투자할 계획이죠. 하지만 이 또한 중국 정부가 같은 기간 동안 17조 원을 투자한 것에 비하면 '새 발의 피'라는 평가도 나오고 있습니다.


한국IBM 사장은 하드웨어 자체보다는 양자컴퓨터를 이용해 산업 난제를 해결하는 등 솔루션 분야에 뛰어드는 것이 더욱 유리할 것이라 말했는데요. 실제 사용자 대상의 양자암호통신 상용화 분야에서는 한국 또한 겨뤄볼 만하다는 의견도 나왔죠. 제조업 강국의 장점을 살려 양자암호통신에 필요한 양자키분배(QKD) 칩 개발 또한 추진할 수 있다는 가능성도 보입니다. 양자 과학기술포럼 박제근 의장은 정부의 전략적 접근을 강조함과 동시에, 양자기술이 산업 경쟁력을 좌우하게 될 10년 뒤를 대비해 양자 전문 인재를 키우는 데 집중해야 함을 밝혔습니다.


양자기술이 그리는 세상

양자기술이 컴퓨터부터 통신, 네트워크까지 정보통신 기술 전면의 패러다임을 뒤흔들었습니다. 뿐만 아니라 최근 미국 경제지 포브스는 양자기술이 신약, 배터리, 금융 등 산업 전반에 침투하며 '2차 양자혁명'이 시작되었다고 밝혔는데요. 1차 양자혁명이 20세기 초 뉴턴역학으로 설명할 수 없던 작은 원자 세계의 질서를 밝혀낸 학문적 혁명이었다면, 2차 양자혁명은 양자의 물리학적 속성이 컴퓨터, 통신, 센서 등 실제 기술에 적용된 산업혁명을 뜻합니다.


미국, 중국, 영국, 유럽연합 등을 필두로 시작된 2차 양자혁명은 양자컴퓨터, 양자암호통신, 양자센서를 집중적으로 연구하고 있습니다. 인공지능 연산, 교통 및 물류, 항공우주 경로 최적화 등 디지털 컴퓨터와는 비교할 수 조차 없는 능력을 발휘하는 양자기술에 큰 기대가 쏠리는 상황입니다.

[사진 출처: flickr]

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양자기술의 시대는 이미 도래하고 있으며, 전 세계는 양자기술에서 선두주자가 되려 거대한 규모의 투자를 이어가고 있습니다. 2차 양자혁명에서 상대적으로 후발주자에 속하는 한국의 전략이 필요할 것으로 보입니다. 산업 전반의 패러다임을 뒤흔드는 양자혁명은 지금도 계속되고 있습니다. 양자기술은 인류의 삶을 어떻게 바꿀까요?

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