구글의 양자 컴퓨터 실험 기기. 연합뉴스

양자컴퓨터(Quantum Computer·이하 양자컴)의 미래를 둘러싼 논쟁이 뜨겁다. 양자컴이 인공지능(AI)의 뒤를 이을 ‘게임체인저’로 지목되며 국내외 투자자들의 관심도 쏠리고 있다. 젠슨 황 엔비디아 최고경영자(CEO)가 양자컴 상용화에 회의적인 태도를 보였지만 기대감은 수그러들지 않고 있다. 2025년은 양자역학 이론이 발표된 지 100년이 되는 해로 국제연합(UN)이 정한 ‘세계 양자과학기술의 해’이기도 하다. 세계 최대 IT·가전 박람회(CES)에서도 올해 처음 양자컴 부분이 신설되는 등 세계가 양자 기술에 주목하고 있다.

양자컴 오류 해결 가능 논문 화제

현재 컴퓨터는 0 또는 1 상태로 구분하는 이진법의 비트(bit)로 정보를 처리한다. 양자컴은 일도양단식으로 정보를 이해하는 기존 컴퓨터와 전혀 다른 방식으로 작동한다. 양자컴은 큐비트(qubit)라는 단위로 정보를 처리한다. 큐비트는 0과 1을 동시에 가질 수 있는 상태다. 이를 ‘중첩 상태’라고 부른다. 예컨대, 동전이 돌아가고 있어 앞면이기도 하고 뒷면이기도 한 상태가 큐비트의 중첩 상태와 흡사하다. 이런 특성을 이용해 양자컴은 동시에 여러 연산을 처리할 수 있다. 이진법으로 경우의 수를 순서대로 계산하는 기존 컴퓨터와 달리, 경우의 수를 한 번에 계산할 수 있어 연산 속도가 빠르다. ICT(정보통신기술) 업계에서는 양자컴이 지금 쓰는 슈퍼컴보다 30조 배 이상 빠른 연산이 가능하다고 본다.

하지만 이를 위한 최적화된 환경을 구현하는 게 굉장히 까다롭다. 큐비트를 제어하는 방식은 여러 가지가 있는데, 양자컴 기술을 선도하는 글로벌 빅테크 기업들은 주로 초전도체 기술을 이용한다. 초전도체는 극저온(영하 273도) 상태에서 전기 저항이 0이 되는 특성이 있다. 이런 환경을 구현하는 게 어렵다 보니, 오류를 해결하는 것이 업계에서는 난제로 꼽혔다. 그런데 지난해 구글이 난제를 해결할 논문을 발표하면서 상용화에 대한 기대감이 커졌다.

구글은 지난해 12월 9일(현지시간) 자체 개발한 양자 칩 ‘윌로’를 공개하며 큐비트 수가 증가해도 오류가 줄어드는 방법을 찾았다고 발표했다. 구글은 국제학술지 <네이처>에 게재한 연구 논문을 통해 “큐비트 수를 늘리면서 오류를 줄일 수 있는 첫 양자 시스템”이라며 “실시간으로 오류를 수정할 수 있는 기술도 개발했다”고 밝혔다. 업계에선 연산의 불안정성으로 큐비트 숫자를 늘리기 어려웠는데, 낮은 오류율로 대규모의 양자컴을 만들 가능성을 보여줬다는 평가가 나왔다. 로이터 통신은 “오류를 실시간으로 줄이는 구글의 기술은 양자컴을 실용적으로 만드는 데 중요한 단계”라고 보도했다. 다만 성능 실험은 테스트를 위해 만들어진 알고리즘이 이용됐고, 아직 실제 적용된 사례는 없다.

구글이 논문을 공개한 날 가상화폐 시장은 민감하게 반응했다. 보안기술이 무력화될 수 있다는 우려에 비트코인 가격이 10%가량 떨어졌다. 이에 구글 측은 “가상화폐에 쓰이는 암호화폐 시스템을 깨려면 적어도 10년이 걸릴 것으로 추정된다. 그렇게 하려면 약 400만개의 큐비트가 필요할 것”이라고 밝혔다. 가상화폐 아발란체 창설자인 에민 귄 시러도 미국 경제방송 CNBC 인터뷰에서 “미래에 (양자로 인한) 재앙이 생길 가능성이 있지만, 그 시점이 멀리 있는 만큼 공포를 느낄 이유가 없다”고 했다.

국내외 투자자들은 미래 가능성을 보고 양자컴 관련 회사에 돈을 쏟아부었고, 관련주들은 일제히 급등했다. 그후 젠슨 황 CEO가 양자컴 활용에 회의적인 견해를 밝히며 상용화를 둘러싼 논쟁이 벌어졌다. 젠슨 황 CEO는 지난 1월 7일 미국 라스베이거스에서 열린 ‘CES 2025’에서 “매우 유용한 양자컴이 나오는 것에 대해 15년이라고 말한다면 아마도 (그것은) 초기 단계일 것”이라며 “30년은 후기 단계일 것이다. 하지만 20년을 택하면 많은 사람이 믿을 것”이라고 말했다. 유용한 양자컴이 나오기까지 20년은 걸릴 수 있다는 의미로 해석됐고, 양자컴 관련 주식은 폭락했다. 일부 상품은 상장 폐지를 위한 청산 절차에 들어갔다.

빅테크 업계 양자컴 미래 놓고 논쟁

양자컴 업계는 강하게 반발했다. 디웨이브 퀀텀의 앨런 바라츠 CEO는 지난 1월 8일 성명을 통해 “양자컴은 이미 상용화됐고 기업과 연구자, 정부의 실제 문제를 해결하고 있다”며 “상용화는 30년 후도, 20년 후도, 15년 후도 아닌 바로 지금”이라고 밝혔다. 그는 “(우리에게) 큰 돈을 내는 고객사를 갖고 있다”며 “마스터카드와 일본 통신사 NTT 도코모 같은 기업 등이 양자컴을 사용한다”고 했다.

양자컴 기업 미국 아이온큐의 창업자 김정상 듀크대 교수도 “엔비디아가 그래픽처리장치(GPU)를 1990년대에 만든 뒤 AI에 활용되기까지 30년이 걸렸다”며 “황 CEO의 말은 30년 뒤에 시가총액 3조달러 양자컴 기업이 나올 수 있다는 의미”라고 에둘러 반박했다. 일각에선 젠슨 황 CEO가 양자컴 기업에 견제구를 날린 것이라는 분석도 나왔다. 미국 투자회사 크레이그할럼은 “양자컴은 엔비디아가 가장 큰 수혜를 누리고 있는 기존 컴퓨팅 사업에 파괴적인 영향을 미칠 것”이라고 짚었다.

마이크로소프트(MS)는 2025년은 기업들이 양자컴 시대를 준비해야 한다고 밝혔다. MS 기술 부문 대표 미트라 아지지라드는 지난 1월 15일 블로그를 통해 “우리는 신뢰할 수 있는 양자컴 시대 문턱에 와 있다”며 “올해는 비즈니스 리더들이 행동해야 할 중요한 시기다. 향후 1년간 양자 연구와 개발이 빠르게 가속화될 것”이라고 했다. 지난 1월 20일에는 도널드 트럼프 미국 대통령이 전임 정부의 AI 규제를 폐기했고, 연관된 양자컴 산업도 활성화할 것이라는 기대감에 관련 주가가 다시 상승세를 보였다.

지난해 11월 20일 인천 연수구 송도 연세대학교 국제캠퍼스 양자컴퓨팅센터에서 국내 최초 상용 수준 양자컴퓨터 ‘IBM 퀀텀 시스템 원’ 이 공개되고 있다. 연합뉴스

한상욱 한국과학기술연구원(KIST) 양자정보연구단 단장(한국양자정보학회장)은 “일부 기업이나 연구소 등이 ‘연구’를 위해 빅테크 기업에 돈을 내고 양자컴을 쓰고 있다. (지금은) 세상을 바꾸는 연구를 하기 위한 도구로 사용하는 단계”라며 “개인이 데스크톱처럼 일상에서 쓰고 산업을 변화시킬 정도의 상용화가 되려면 젠슨 황의 말처럼 20년은 걸릴 것”이라고 했다. 한 단장은 “상용화로 가려면 큐비트 오류를 해결할 수 있는 하드웨어의 성능 개선과 함께 명령을 실행시킬 수 있는 새로운 알고리즘이 개발돼 더 적은 자원으로 문제를 풀 수 있게 만드는 기술이 선행돼야 한다”고 했다.

ICT 업계에서는 상용화 시기에 대해선 논쟁이 있지만 양자컴이 글로벌 산업 지형을 뒤바꿀 게임체인저가 될 것이라는 데에는 이견이 없다. 특히 신약 개발과 전력 고갈, 기후변화 등 인류가 풀지 못하고 있는 난제를 해결하는 시간을 획기적으로 줄여줄 것으로 기대한다. 무엇보다 AI 시장이 성장할수록 막대한 계산량을 처리할 수 있는 양자컴 기술 발전이 필요하다. 미국이 지난해 AI와 양자컴 분야를 국가전략산업으로 지정한 이유다.

엔비디아도 이미 양자컴을 개발하는 글로벌 기업들과 파트너십을 맺고 양자컴 가속 소프트웨어 개발 키트인 ‘큐퀀텀(cuQuantum)’을 제공하고 있다. 엔비디아는 오는 3월 예정된 연례 개발자 콘퍼런스에 ‘양자의 날’을 연다. 엔비디아는 “양자컴이 현재 가능한 것과 이용 가능한 것, 양자 기술이 나아갈 방향을 포함한 많은 양자 관련 주제에 대해 논의할 예정”이라고 밝혔다.

세계 주요국들은 양자 기술 패권을 놓고 경쟁에 돌입했다. 양자 기술 세계 1위인 미국은 2018년 국가양자과학법을 제정해 양자기술을 안보를 위한 전략기술로 지정해 육성했다. 작년에는 2위인 중국의 추격을 따돌리기 위해 수출 통제 제도 등을 신설하며 빗장을 걸었다. 한국도 지난해부터 양자 기술에 본격적으로 투자하고 나섰다. 과학기술정보통신부는 지난해 8월 AI, 바이오와 함께 양자를 ‘3대 게임체인저’로 정하고 국가 주도 위원회를 추진하겠다고 밝혔다. 2035년까지 약 3조원의 예산을 투입해 양자 기술 인프라도 구축한다. 지난해 11월에는 연세대 송도 국제캠퍼스에 국내 최초로 IBM의 양자컴 ‘퀀텀 시스템 원’이 도입돼 화제를 모았다. 연세대는 퀀텀 시스템 원을 통해 바이오 연구와 교육을 수행할 계획이다. 과기부에 따르면 한국의 양자 기술은 주요 12개국 중 최하위국으로 평가받는다. 다만 아직 시장이 초기 단계인 만큼 국내 기업들에게도 진출할 기회가 열려 있다.

양자컴 투자 리스크 관리 필요

전문가들은 정부 차원의 장단기 로드맵 마련과 함께 대기업의 시장 참여가 필요하다고 주문한다. 한상욱 KIST 양자정보연구단장은 “장기적으로는 양자과학 원천기술 확보를 위한 투자를 진행하면서 중단기적으로는 칩과 부품 제조 등 한국이 잘할 수 있는 분야를 찾아 산업화에 대비해야 한다”며 “기술이 산업으로 전환되는 시점인 만큼 시장을 선도하는 대기업들의 퍼스트 무버(개척자) 역할도 필요하다”고 말했다. 그는 “양자 관련 전문인력들이 국내엔 일자리가 없어 해외로 나가는 경우가 많다”며 “산학연 연계를 통해 정부는 산업을 육성하고 기업들도 시장에 뛰어들어 선제 투자에 나섰으면 한다”고 했다.

금융시장 관계자들은 신중한 투자를 당부한다. 상용화되는 제품과 서비스들이 구체화하기까지는 상당한 시간이 걸려 가파른 상승과 하락세가 교차하는 변동성에 주의해야 한다. 한국거래소는 올해 초 양자컴 테마 열풍이 불면서 관련주를 투자주의 종목으로 대거 지정했다. 박우열 신한투자증권 애널리스트는 “개별 기업들의 주가 변동률을 연 단위로 보면 90% 수준인데 고위험성으로 알려진 원유나 가상화폐 크립토 투자가 50% 수준”이라며 “상장지수펀드(ETF)를 활용한 바스켓(묶음) 투자로 변동성을 줄이는 등 리스크 관리가 필요하다”고 말했다.

<김은성 기자 kes@kyunghyang.com>