과방위 ‘양자컴퓨터 및 양자기술 전문가 간담회’ 개최, 양자기술이 뭐길래?

양자컴퓨터에 대한 기대와 우려

한국에서는 생소하나 세계적으로 양자기술은 산업 생태계 전반에 혁신을 가져올 게임 체인저로 주목받고 있다. 양자컴퓨터는 에너지 최소 단위인 양자의 특성을 컴퓨터에 활용해 기존 디지털 컴퓨터보다 1경 배 빠른 연산이 가능한 컴퓨터로, 제약과 화학, 금융과 항공·우주 등 여러 산업에 혁신을 일으킬 분야로 전망된다.

양자컴퓨터가 상용화된다면 활용 범위는 광범위하다. 양자 시뮬레이션, 인공지능(AI) 및 기계 학습을 위한 양자 선형 대수학, 양자 최적화 및 검색, 양자 인수분해 등에 접목될 수 있다. 특히 빠른 데이터 처리 속도를 통해 학술 부분에서 두각을 나타낼 것으로 보인다.

산업 분야에서도 활약할 것으로 전망되는데, 제약·화학·자동차·금융 분야에서 큰 이점을 가져다줄 것으로 보인다. 의약 분야에서 분자 구조의 연구개발(R&D)의 속도를 앞당길 수 있다. 화학 분야의 경우 촉매 설계에 양자컴퓨터를 도입하면 화학 물질의 R&D, 공급망 최적화 개선에 도움이 된다. 자동차 산업의 경우 효율적인 제조 프로세스를 도입해 자동차의 R&D, 제품 설계, 공급망 관리, 생산 등 다양한 분야에서 혁신을 이뤄낼 수 있으며 금융 분야에선 자본의 포트폴리오 및 위험 관리에 활용될 것으로 전망된다.

양자컴퓨터 배치 시 약 영하 270도에 이르는 극저온 상태가 기본으로 조성되어야 정상적인 연산 처리가 가능하다. 대규모 양자 컴퓨팅 구축을 위해선 효율적인 시스템 전력 구축도 필요하다. 또한 양자컴퓨터에 탑재된 큐비드는 예민한 성질을 가지고 있어 외부 자극이 조금이라도 가해지면 출력값이 아예 다르게 나온다. 바람은 물론 공기 중 떠다니는 미세입자조차 큐비드를 불안정하게 만든다. 차세대 미래 기술로 주목받고 있으나 구동에 필요한 환경이 까다롭다는 단점 또한 명확하다.

부족한 기술력 체감한 한국, 기술력 향상을 위한 노력

국내 연구진도 기술적 한계를 넘기 위해 힘쓰고 있다. 작년 6월 카이스트(KAIST)는 20큐비트급 리드버그 양자컴퓨터를 개발했다. 이를 통해 난제로 알려진 최대독립집합 문제 계산에 성공했다고 밝힌 바 있다. KAIST 리드버그 양자컴퓨터는 초고진공 상태에서 리드버그 126개 원자를 임의로 배치해 양자 단열형 양자컴퓨팅을 수행한다. 발표한 연구에서 꼭짓점이 최대 20개인 그래프 최대독립집합을 계산했다. 원거리 꼭짓점들을 잇는 리드버그 양자선 개념도 개발하며, 모든 꼭짓점을 임의로 연결하는 초 기하학적 그래프를 계산할 가능성도 내비쳤다.

KAIST 리드버그 양자컴퓨터가 계산한 최대독립집합 문제는 대표적인 NP-완전 문제(비결정적 다항)다. 주어진 그래프에서 서로 연결되지 않는 꼭짓점들의 최대 집합을 알아내야 한다. 그래프 크기가 커지면 디지털 컴퓨팅 알고리즘으로는 계산량이 지수적으로 증가해 계산을 효과적으로 할 수 없다. 계산되는 경우에는 ▲물류 ▲생산관리 ▲작업관리 ▲네트워크 ▲디자인 등에서 경제가치를 창출에 활용된다.

개발에 참여한 안재옥 교수는 “이번 연구는 리드버그 양자컴퓨터의 활용 가능성을 보였다는 데 의의가 있다”라고 판단했다. 그는 “아직은 큐비트 개수가 충분하지 않지만, 후속 연구를 통해 실제로 활용할 수 있는 양자컴퓨터를 만들 수 있을 것이다”라 말했다.

이미 미국, 중국, 일본, EU 등은 앞다퉈 투자를 확대하고 기술 경쟁에 나서고 있다. 그에 비해 한국은 양자기술 분야에서 기술 수준이 뒤처져 있고, 고급인재도 부족한 것이 사실이다. 그러나 당장 필요한 부분인지에 대해서는 미지수로 남는다. 이번 기회에 핀란드의 양자컴퓨터기술과 한국의 양자통신기술 등을 상호 교류한 만큼, 한국의 기술 발전과 인력 양성에 발전이 있기를 기대해본다.