정부는 지난 3월12일 최상목 대통령 권한대행 부총리 겸 기획재정부 장관 주재로 양자전략위원회 출범식을 갖고, 제1차 회의를 개최했다. 양자전략위원회는 11명의 양자 분야 산·학·연 전문가를 민간위원으로 위촉하며, 장관 7명(기획재정부·외교부·과학기술정보통신부·국방부·산업통상자원부·교육부 장관, 국정원장)을 당연직 정부위원으로 구성하며, 위원장은 국무총리, 부위원장은 과기정통부 장관이 각각 맡는다.
정부가 대통령은 물론 1차 권한대행인 국무총리가 모두 공석인 상황에서도 양자전략위원회를 출범시키고 제1차 회의를 개최한 것은 양자정보과학기술이 그만큼 중요하다고 판단했기 때문이다.
양자기술 또는 양자정보과학기술(quantum information science and technology)은 "양자역학적 특성을 정보통신기술에 적용하기 위하여 양자상태를 생성(쓰고), 제어(전송, 저장, 처리), 측정(읽고) 및 분석하는 기술"로, 일반적으로 양자컴퓨팅, 양자통신, 양자센싱으로 구분해 설명한다. 양자역학적 현상을 이용하는 양자컴퓨터는 상호작용하는 양자비트(qubit, 큐비트)를 기반으로 하며 확률적이며 가역적 연산방법을 사용하는 컴퓨팅 기술이다.
 |
| (사진 출처: LinkedIn 페이지) |
양자통신은 송신자와 수신자 사이에 단일광자 또는 공유된 얽힘에서 고전 통신 기술의 도움으로 양자 정보(예를 들면, 광자 또는 원자의 상태)를 전달하는 기술이며, 양자센싱은 양자 원리를 활용함으로써 고전 시스템을 사용한 센싱·계측 기술의 분해능, 민감도, 측정영역의 한계를 극복하는 기술이다.
양자 역학을 계산이나 통신에 응용하려는 움직임은 1980년대 Feynman에 의한 양자 시뮬레이션의 개념 제창까지 거슬러 올라가며, 양자 역학과 정보 과학이 융합한 양자 정보 과학의 탄생을 거쳐, 이론대로 양자를 조작·제어할 수 있게 된 것은 1990년대 후반부터라고 할 수 있다.
양자기술이 주목을 끌게 된 배경에는 연산 속도, 반도체 칩 소형화의 한계, 전력 소비 증가 등의 문제가 있다.
- 빠른 연산 속도: 양자컴퓨터는 기존 최고의 디지털 슈퍼컴퓨터와 비교해도 비교 불가능할 정도로 연산속도가 빠름
- 기존에 널리 사용되고 있는 RSA 암호체계는 2048비트를 사용하는 경우, 디지털컴퓨터를 이용하여 소인수 분해 방식으로 암호를 풀려면 100만년 이상 걸리는데, 범용 양자컴퓨터가 개발된다면 이를 몇 초 안에 풀 수 있다고 함
- 반도체 칩 소형화의 한계: 기존 반도체 칩의 성능 향상 속도가 한계에 도달했고, 이로 인해 디지털 컴퓨터의 연산 성능 향상 속도가 더뎌지고 있어서 연산 속도가 매우 빠른 양자컴퓨터가 주목받고 있음
- 반도체 집적회로의 성능은 18개월마다 2배로 증가한다는 '무어의 법칙'이 수십 년간 통용되어 왔으나 2000년대 이후로는 전혀 들어맞지 않을 정도로 반도체 칩의 성능 향상 속도가 느려짐
- 저전력: 활용이 급증하고 있는 슈퍼컴퓨터는 대규모 전력을 사용하는 데에 반해 양자 컴퓨터는 전력 소비가 상대적으로 매우 적음
- 슈퍼컴퓨터의 전력소비량을 줄이고자 딥러닝 기술을 적용하는 경우도 있으나 근본적으로 전력 소비가 적은 양자컴퓨터가 주목받고 있음
- 인공지능의 한계: 최근에 인공지능 기술이 급속히 발전하기는 했으나 대규모 데이터에 대한 고속 연산을 필요로 하며 이로 인해서 많은 컴퓨팅 자원(RAM 및 GPU 등)과 대규모 전력사용이 필요하여 비용부담이 되고 있는 상황에서 저전력으로 초고속 연산이 가능한 양자기술이 주목받게 됨
이에 주요 국가들은 양자기술을 국가 전략기술로 지정하고 법·제도적 기반을 마련하며 대규모 연구개발(R&D) 투자와 산업화 지원에 나서고 있다. 미국은 2018년 세계 최초로 국가 양자 이니셔티브 법(NQI)을 제정한 이후, 2023년 재승인법(NQIA)을 발의하며 양자기술 산업화를 본격적으로 추진하고 있다.
백악관은 국가 안보와 경제적 우위를 위해 양자 중계기 및 메모리 개발 등 단기 목표를 설정했으며, NSTC는 양자기술 인재 양성과 산학연 협력 네트워크 구축을 강조하고 있다. 또한 국가 양자 이니셔티브 자문위원회를 통해 정책 자문과 기술 개발도 병행하고 있다.
EU는 10억 유로 규모의 ‘양자 플래그십’ 프로젝트를 통해 네트워크, 센싱, 통신, 컴퓨팅 기술을 중심으로 연구를 지원하고 있으며, 특히 2024년에는 ‘전략연구산업아젠다 2030’을 발표하며 기술 상용화를 위한 통합적 로드맵을 제시했다. 영국은 2023년에 발표한 국가 양자 전략을 통해 의료, 교통, 에너지 분야까지 양자 기술 활용을 확대하고 있다. 독일은 2023년 실행 계획을 마련하면서 2026년까지 100큐비트를 제어할 수 있는 양자컴퓨터 개발을 목표로 설정했으며, 프랑스는 PROQCIMA 프로그램을 통해 2030년까지 논리 큐비트 128개의 양자컴퓨터 프로토타입 개발을 추진 중이다.
중국은 양자통신과 컴퓨팅 기술에서 두드러진 성과를 보이며, 2,000 km에 달하는 양자통신 네트
워크를 구축하고, 위성을 활용한 암호키 분배와 텔레포테이션 실험에도 성공하며 양자 네트워크 분야를 선도하고 있다. 일본은 AI와 바이오와 함께 양자기술을 국가 핵심 기술로 선정하고, ‘양자 미래 산업 창출 전략’을 통해 2030년까지 1,000만 명의 기술 이용자와 50조 엔의 생산액을 목표로 설정하며 기술 개발과 상용화를 가속화하고 있다.
이와 관련해 최근 발간된 두 편의 자료를 소개한다.
첫 번째 자료는 국회도서관 의회정보실이 발간한 『미래 기술 패권을 좌우할 게임체인저, 양자컴퓨터』라는 보고서로, 아주 방대한 정보를 인포그래픽을 활용해 되도록 간략하게 정리한 것이다. 이 보고서는 여기를 클릭하면 구할 수 있다.
두 번째 자료는 과학기술정보통신부, 한국지능정보사회진흥원, 미래양자융합포럼 등 3개 기관이 공동집필한 두 권의 『2024 양자정보기술 백서』로, 앞의 인포그래픽 자료가 방대한 정보를 최대한 간략하게 정리한 것과는 대조적으로 1권 628페이지, 2권 732페이지 등 모두 1,350여페이지에 달하는 방대한 분량의 자료다. 이 두 권의 백서는 여기를 클릭하면 구할 수 있다.
