4차산업혁명의 엔진, 양자기술(Quantum Technology) 글로벌 혁신 기술 트렌드 및 향후 전망 - 양자컴퓨팅, 양자(암호)통신, 양자센싱, 양자시뮬레이터 中心

괜찮다고 말하지만 괜찮지 않은 너와 나, 우리가 안고 사는 우울. 그리고 그 감정이 가져온 마음의 병 우울증. 화제의 채널



양자 역학의 원리를 이용한 ‘양자 기술’의 대표적인 사례인 집적회로 및 광통신은 컴퓨터 및 인터넷과 같은 ICT(정보통신 기술)로서 우리의 삶을 뒷받침해 왔다. 최근 양자 상태를 정밀 제어하고, 양자 얽힘 및 양자 간섭 등의 양자 역학 특유의 성질을 최대한 활용하는 ‘양자 기술 2.0’이라 할 만한 기술에 대한 연구 개발이 전 세계적으로 활발해졌다. 그 대표적인 예로는 양자 컴퓨터, 양자 통신, 양자 센서, 양자 시뮬레이터, 양자 머티리얼 등이 있다.



유럽에서는 ‘양자 선언문(Quantum Manifesto)’에 근거한 10억 유로(약 1조 3,500억 원) 규모의 연구개발 투자로 인해 과학 연구와 산업 경쟁력을 강화하고, ‘제2의 양자 혁명’을 이끌어갈 것임을 구가하고 있다. 영국, 독일, 네덜란드 등의 국가에서는 독자적인 양자 기술 전략과 정부 투자도 준비하고 있다. 미국에서도 ‘국가 양자 이니셔티브법’ 아래 정부의 움직임이 활발해지고 있다. ‘양자 정보 과학의 국가 전략 개요’도 발표되어, 국립 과학 재단(NSF) 및 에너지부(DoE)가 연구 프로젝트를 지원할 것임을 표명했다. 또한 국립 표준 기술 연구소(NIST)의 주도로 ‘양자 경제 발전 컨소시엄’도 설립되었다.



양자 기술의 국제 동향을 파악하는 데 있어 주시해야 하는 것은 중국의 동향이다. 국가적으로 양자 기술에 주력하며, 특히 양자 통신 분야에서의 기술이 눈에 띄게 발전하고 있다. 베이징과 상하이를 연결하는 총 2,000km가 넘는 양자 통신 간선 네트워크를 구축하고, 인공위성 ‘묵자’에 의해 양자 암호 키를 분배하고 양자 텔레포테이션 실험을 성공하는 등, 세계적으로 귀추가 주목되고 있다. 양자 컴퓨터 분야에서도 ‘지우장(九章) 2호’ ‘쭈층즈(祖沖之) 2호’를 통해 양자 초월 실험을 검증하는 등, 매우 적극적으로 연구개발을 진행하고 있다.



일본의 양자 기술은 지금까지 문부과학성, 경제산업성, 총무성 등에 걸쳐 추진되어 왔으며, 일체적으로 추진할 수 있는 과학ㆍ산업 정책 및 중점 투자 전략이 없었다. 하지만 2017년 8월에 문부과학성이 ‘양자 과학 기술(광ㆍ양자 기술)의 새로운 추진 방책’을 발표함과 더불어, 2018년 12월에는 내각부가 ‘향후 이노베이션을 추진하는 데 있어 중요한 3가지 분야’로서 AI, 바이오와 더불어 ‘광ㆍ양자’를 언급하는 등, 드디어 양자 기술에 주력하기 시작하였다. 2020년 1월에는 일본 최초의 양자 기술에 관한 통합 전략 ‘양자 기술 이노베이션 전략’도 발표되었다.



양자 암호 키 분배와 같은 사회 적용 단계의 경쟁에서 오류 내성 양자 컴퓨터로 대표되는 장기적ㆍ기초적인 연구개발 경쟁까지 다양한 수준의 국제 경쟁이 심화되고 있다.



이처럼 양자 기술이 산업 혁신을 지원할 신기술로 조망되면서, IBM, 구글, 인텔, 마이크로소프트, 알리바바 등 글로벌 기업 연구소들도 양자 컴퓨터 개발에 박차를 가하고 있다.



IBM은 2000년대 중반부터 초전도 방식의 양자 컴퓨터를 연구하기 시작했고, 2010년대 중반에 양자 비트 디바이스를 실현, 2016년에 세계 최초로 클라우드에서 양자 컴퓨터를 공개했다. 이미 5 큐비트가 탑재된 Canary와 27 큐비트가 탑재된 Falcon, 또한 127 큐비트가 탑재된 Eagle을 포함한 20대 이상의 시스템이 클라우드에서 상용 가동되고 있다. 2022년에는 433 큐비트를 탑재한 Osprey를, 2023년에 1121 큐비트를 탑재한 Condor를 발매할 예정이라고 발표한 바 있다.



Google은 2014년에 Martinis의 팀을 흡수하고, 본격적으로 초전도 방식의 양자 컴퓨터를 개발하였다. 2019년 10월, 53 큐비트를 탑재한 Sycamore라는 칩을 사용하여 랜덤한 양자 회로로 이루어진 계산을 실행했다. 이 계산은 슈퍼컴퓨터에서도 1만 년이 걸리는데, 그것을 불과 200초 만에, 그러면서도 정확하게 실행할 수 있기 때문에, 양자 초월이 실증되었다며 화제를 모았다. 2021년 5월에는 양자 AI 부문을 총괄하는 Hartmut Neven이 2029년까지 100만 큐비트로 이루어진 오류 정정이 가능한 상용 양자 컴퓨터를 구축하겠다는 목표를 내걸었다.



한편, 우리나라도 양자 기술을 체계적으로 육성하기 위해 2014년도에 ‘양자정보통신 중장기 추진전략’을 발표하면서 국가 차원의 양자연구를 시작했으며, 2021년 4월에는 국가의 미래 전략기술 확보를 위한 방안으로 양자기술 연구개발(R&D) 투자전략을 확정하고, 도전적인 원천기술 개발을 강화하겠다고 밝혀 양자기술 발전에 기대감을 높이고 있다.



구체적으로는 ▲양자 프로세서 등 양자 컴퓨팅ㆍ통신ㆍ센서별 도전적 원천기술 개발 강화, ▲50큐비트급 한국형 양자컴퓨팅 시스템 조기 구축(~‘24) ▲양자 핵심연구자를 현재 약 150명 수준에서 ‘30년 1,000명까지 확대, ▲주력산업 중심으로 민관 파트너쉽 기반의 문제해결 프로젝트 추진에 중점을 두고 있다.



이에, IRS글로벌은 점차 가까워지고 있는 ’양자 기술‘ 상용화 시대 도래에 앞서 우리 기관 및 기업들이 견고한 글로벌 경쟁력을 갖추길 바라는 마음에서 본 보고서를 기획하였다. 부디 관련 사업의 실무담당자에게 연구개발, 신사업 전략 수립 등의 기초자료로 미력하나마 도움이 되기를 바란다.