양자컴퓨팅의 전망과
한국의 전략

‘한국 최초’는 기회인 동시에 상당한 리스크였을 텐데, 연세대 양자사업단에서 IBM 퀀텀 시스템 원을 도입하게 된 배경이 궁금합니다.

대학의 책무는 유연한 사고를 바탕으로 창의적 인재를 양성하는 것이죠. 연세대는 미래 학문을 선도하고 인류의 지속 가능한 삶을 실현하기 위해 양자컴퓨터가 필요하다고 확신했습니다. 양자컴퓨터 도입을 통해 지식 생태계의 거점으로 자리매김하리라는 확고한 비전도 있었습니다. 그래서 리스크를 감수하기로 하고 양자컴퓨터를 도입한 것입니다.
양자컴퓨팅은 기존의 고전 컴퓨팅과는 차원이 다른 혁신적인 솔루션을 제공할 수 있습니다. 국방, IT, 금융 등 핵심 산업에도 큰 영향을 미칠 거예요. 결국 양자컴퓨팅 기술의 발전은 국가 경쟁력과 직결됩니다. 향후 기술이 고도화될수록 국가 간 기술 교류가 제한될 가능성도 큽니다. 이미 일부 선도국에서는 양자 기술과 관련된 인적·기술 교류를 통제하는 움직임을 보이고 있으니까요.
이러한 상황을 고려하면 연세대의 IBM 퀀텀 시스템 원 도입은 세 가지 측면에서 의의가 있습니다. 첫째, 실제 하드웨어 테스트를 통해 양자컴퓨팅에 대한 이해를 넓히고 활용 분야를 확장시켜 실용화를 앞당길 수 있습니다. 둘째, 연구자와 학생들이 직접 양자컴퓨터를 활용할 수 있도록 함으로써 실무 경험을 갖춘 전문 인력을 양성할 기회를 제공할 수 있습니다. 셋째, 글로벌 선도 기업 또는 연구 기관과의 네트워크를 구축해 국제 공동 연구 등 협력 기회를 확대할 수 있습니다. 이처럼 연세대의 양자컴퓨터 도입은 단순한 연구 장비 확보를 넘어 양자컴퓨팅 기술의 발전을 촉진하고 글로벌 연구 생태계에서 중요한 역할을 수행할 전망입니다.

현재 양자컴퓨터 분야의 세계 동향을 진단해 주실 수 있을까요?

양자컴퓨팅 기술은 세계적으로 빠르게 발전하고 있습니다. 특히 미국, 유럽, 중국을 중심으로 활발한 연구와 투자가 이루어지고 있습니다. 미국에서는 IBM, 구글, 마이크로소프트, 아마존 등 주요 빅테크 기업들이 양자컴퓨터 개발을 주도하고 있으며 정부 차원에서도 ‘양자연구집중지원법’(National Quantum Initiative Act)을 통해 연구와 인력 양성을 적극 지원하고 있습니다. EU는 ‘양자 플래그십 프로젝트’(Quantum Flagship Project)를 통해 양자기술 개발을 위한 대규모 자금을 투자하고 있습니다. 중국 또한 국가 차원의 지원을 바탕으로 초전도, 이온트랩, 광학 등 다양한 양자컴퓨팅 기술을 개발하고 있습니다. 최근 양자 통신 및 센서 분야에서 주목할 만한 성과를 내기도 했습니다.
우리나라는 양자컴퓨팅 연구가 상대적으로 늦은 만큼 현재 기초 연구와 인력 양성에 집중하고 있는 상황입니다. 정부에서는 최근 몇 년간 양자 기술 연구개발(R&D) 지원을 확대해 오며 양자 기술 로드맵을 통해 2035년까지 실용적 수준의 양자컴퓨팅 기술을 확보하는 것을 목표로 삼았습니다.

양자컴퓨터 제조 분야와 달리 양자컴퓨팅 소프트웨어 분야는 거의 대부분의 나라가 제로 베이스에 가까운 것으로 알려져 있으며 양자 관련 표준들도 아직 확립되지 않은 상태입니다. 양자컴퓨터 분야에서 한국은 어느 부분에 역량을 집중하고 어떻게 미래를 준비해야 한다고 생각하십니까?

양자컴퓨팅의 산업적 가치는 기술 자체보다 실제 활용에서 발생할 가능성이 큽니다. 하드웨어 성능이 향상돼도 이를 효과적으로 활용할 알고리즘과 응용 기술이 없으면 산업적 가치를 창출하기는 어렵기 때문입니다. 따라서 우리나라가 하드웨어 분야에서 열세를 만회하려면 소프트웨어와 알고리즘에 적극 투자해야 합니다.
양자 소프트웨어 연구를 통해 실질적인 활용 가능성을 높이고 다양한 응용 사례를 개발하는 것이 중요한 과제가 되겠죠. 신약 개발과 헬스케어 분야는 시장성이 크고 인류가 해결해야 할 난제이기도 한데요. 우리나라가 AI·반도체, 첨단 바이오, 양자를 3대 게임 체인저로 선정한 것도 이와 같은 맥락입니다. 개인적 견해로는 양자컴퓨팅 알고리즘이 이들 기술을 연결하는 핵심 요소가 될 듯합니다.

양자컴퓨터가 송도 바이오 국가첨단전략산업 특화단지에 설치되며 바이오 분야 기업과의 협력을 우선 추진하실 계획이라고 들었습니다. 신약 개발 등에 투입되는 시간과 비용이 절감돼 많은 기업이 관심을 두고 있다고 하는데요. 향후 계획하신 바이오 기업들과의 연구 협업 방향은 어떻습니까?

신약 개발의 가치사슬에서 기업들이 가장 부담을 느끼고 해결하고자 하는 부분은 신약 후보물질의 설계-합성-검증에 이르는 R&D 사이클의 시간과 비용을 단축하는 것입니다. 그중 합성과 검증은 비교적 정형화된 분야이므로 결국 신약 물질의 설계가 바이오 기업들과의 핵심 협력 분야가 될 것입니다. 현재 해당 분야에서는 CADD1와 같은 전통적 방식에서 최신 AI 기반의 신약 설계까지 다양한 방법이 활용되고 있는데요. 그만큼 대다수 바이오파마 기업이 가장 중점적으로 고도화를 원하는 병목 구간입니다. 최근 미국의 AI 신약 개발 벤처 ‘인실리코메디슨’이 IBM 16큐비트 양자 프로세서를 활용해 기존의 AI 기반 신약 설계보다 약 21% 개선된 결과를 보고했습니다. 이는 현재의 NISQ2급 양자컴퓨터가 신약 개발 산업에 실질적으로 활용 가능함을 시사합니다.
현재 항체 기반 CDMO3 기업 혹은 신약 개발 기업들과 항체 엔지니어링 분야의 고도화를 추진하고 있습니다. 또한 바이오 국가첨단전략산업 특화단지에서 드 노보(De Novo)4 타깃 신약을 개발하는 글로벌 제약 기업이 10년 내에 1곳이 탄생할 수 있도록 연구 협력을 지속할 방침입니다.

IBM이 바라보는 양자컴퓨팅의 미래가 궁금합니다. 한국 시장에서 양자컴퓨터 분야의 전망은 어떻다고 보십니까?

IBM은 양자컴퓨팅이 현존하는 최고 성능의 슈퍼컴퓨터로도 해결하기 어렵거나 불가능한 문제를 해결하는 혁신적인 기술이 될 것으로 전망하고 있습니다. 이에 IBM은 ‘퀀텀 네트워크’(Quantum Network)라는 거대한 양자 생태계를 조성했습니다.
현재 포춘 500대 기업, 연구 기관, 대학, 스타트업 등을 포함해 전 세계 275개 이상의 기업이 협업하고 있는데요. 클리블랜드 클리닉, 모더나, 보쉬, 엑손모빌, CERN, DESY, 오크리지 국립연구소, 시카고대학, 룩셈부르크대학 등 각 산업 분야에서 선도적인 연구 기관과 민간 부문 리더들로 워킹 그룹이 구성돼 있습니다. 이러한 협업으로 의료 및 생명과학, 고에너지 물리학, 신소재 개발, 최적화 및 소재, 에너지 분야의 지속 가능성과 같은 분야에서 가장 빠르게 양자 기술의 잠재력을 끌어낼 수 있을 것으로 생각합니다.
국내에서도 삼성전자, LG전자, 현대자동차, 포스코 등 주요 기업과 SK텔레콤, KT, LG U+와 같은 통신사에서 일찍이 양자 기술 연구를 발표한 바 있습니다. 무엇보다 우리나라 정부가 양자 기술 분야를 기술 패권 시대의 게임 체인저로 지정해 장기 투자와 전폭적인 지원을 표명한 상태예요.
IBM에서는 작년 11월 연세대학교와 함께 송도 국제캠퍼스에 127큐비트의 ‘IBM 퀀텀 시스템 원’을 설치하고 가동을 시작했습니다. IBM 퀀텀 시스템 원은 복잡하거나 까다로운 과학적 연구에서 기존 슈퍼컴퓨터보다 나은 성능을 제공하는 ‘유용성 단계’(utility scale)의 양자컴퓨터인데요. 이를 통해 한국 기업의 양자 연구와 인력 양성 등 관련 기술이 더욱 빠르게 확산될 것으로 예상됩니다.

한국 기업의 경쟁력 향상에 양자컴퓨팅이 어떤 역할을 할 수 있을까요?

앞서 말씀드렸듯이 양자컴퓨팅은 엄청난 연산 능력을 기반으로 다양한 솔루션을 제공합니다. 따라서 활용 범위가 특정 분야로 국한되지는 않는데요. 한국의 산업 구조를 고려하면 다음의 몇 가지 분야에서 보다 혁신적인 역할을 기대할 수 있으리라 봅니다.
먼저 물질의 분자 구조를 정밀 분석하는 양자 연산 능력을 활용해 반도체 및 소재 산업에서 새로운 반도체 소재를 개발하고 공정을 최적화할 수 있습니다. 전기차 배터리의 성능 향상과 수명 연장을 위해서는 새로운 소재 연구가 필수적인데, 양자컴퓨터를 활용하면 기존보다 빠르고 정확한 화학적 시뮬레이션이 가능해져 차세대 배터리 개발이 가속화될 수 있습니다. 금융 산업에서도 양자컴퓨팅이 변화의 핵심일 것으로 보입니다. 양자 알고리즘을 활용하면 포트폴리오 최적화, 위험 관리, 사기 탐지 등의 작업을 더욱 정교하게 수행할 수 있기 때문입니다. 마지막으로 의료 및 신약 개발 분야의 변화도 기대됩니다. 신약 후보 물질의 분자 구조 분석과 단백질 상호작용 예측에 양자컴퓨팅을 활용하면 연구 비용 절감과 신약 개발 기간 단축이 가능합니다.
이처럼 양자컴퓨팅은 산업 전반에 걸쳐 혁신을 이끌 잠재력을 지니고 있습니다. 우리나라 기업이 양자컴퓨터를 적극 연구·도입할 경우 글로벌 기술 주도권을 확보하고 새로운 산업 기회를 창출하는 데 중요한 동력이 될 것입니다.

양자컴퓨팅 기술을 도입하는 과정에서 한국 기업이 직면할 수 있는 주요 과제는 무엇이며, 이를 어떻게 극복할 수 있을까요?

두 가지가 가장 큰 걸림돌이 될 것 같습니다. 첫째는 인력입니다. 과학기술정보통신부가 IBM, 성균관대학교와 함께 몇 년 전부터 진행 중인 ‘양자 리더십 프로그램’처럼 현재 한국 정부와 교육계는 양자 기술 인력을 육성하기 위해 다양한 노력을 기울이고 있습니다. 다만 인재 육성은 오랜 시간이 걸리는 작업이므로 기업에서 양자를 연구하고자 해도 양자컴퓨팅을 제대로 연구할 수 있는 인력이 아직은 불충분합니다. 다음은 단기적인 비즈니스 가치 창출의 어려움입니다. 양자컴퓨팅은 빠르게 발전하고 있지만 여전히 상용화 초기 단계로, 중장기적 전략과 투자가 필요합니다. 그렇다 보니 명확한 비즈니스 성과를 빠르게 내놓기 어려울 수 있어요. 이 때문에 많은 기업이 선뜻 양자 연구에 뛰어들지 못하는데, 이는 애써 육성한 양자 인재들이 안정적으로 일할 자리를 찾기 어렵게 한다는 또 다른 문제를 야기합니다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 정부 차원의 투자와 지원이 필요합니다. 다행히 현 정부는 최근 양자 기술 연구와 발전을 국가적 어젠다로 선정하고 관련 투자와 지원을 발표하고 있습니다. 아주 고무적인 현상이죠. 일례로 기업의 초기 진입 장벽을 낮추기 위해 과기부와 한국연구재단은 ‘양자이득도전과제’를 지원하고, 이를 통해 양자 기술을 활용한 비즈니스 성공 사례를 발굴해 양자컴퓨팅의 활용을 촉진하고 있습니다.
한국 기업도 장기적인 안목으로 보다 전략적인 투자를 할 필요가 있습니다. 대학, 연구 기관 등과 협력해 인재를 육성하는 것이 우선입니다. 육성한 인재들이 기업에서 실제 활용할 수 있는 양자 애플리케이션을 연구해 개발할 수 있도록 포용하는 것도 중요하겠죠. 또 해외 전문가들과의 지속적 교류를 통해 기술 역량을 확보해야 합니다. 한국 정부에서 진행하는 양자 연구나 인재 육성, 스타트업 지원 등 현재 진행하고 있는 다양한 프로그램을 더욱 확장할 수 있도록 산·학·연이 연계된 적극적인 협력과 참여가 필요할 것으로 생각됩니다.

한국의 기술 수준이 아직 초기 단계임에도 불구하고, 우리 기업이 지금 양자컴퓨팅 분야에 도전해야 하는 이유가 무엇이라고 생각하십니까?

양자컴퓨팅은 향후 5~10년에 기존의 컴퓨팅 패러다임을 변화시킬 기술로 평가받고 있습니다. 미국, 유럽, 중국, 일본의 선도 기업들은 이미 정부 주도하에 대규모 투자를 진행해 적극적인 연구 개발을 하고 있습니다. 그런데 앞서 말씀드렸듯이 양자컴퓨팅은 중장기 전략과 연구를 요구하는 분야이므로 지금 시작하지 않으면 글로벌 경쟁력을 확보하기 어렵습니다. 우리나라는 반도체, IT, 배터리 등에서 강점이 있으므로 기보유한 기술, 노하우 등에 양자컴퓨터 연구를 융합하면 새로운 혁신을 창출하고 세계 시장을 선도하는 데 도움이 될 것으로 생각합니다.
양자컴퓨팅이 본격적으로 상용화되는 상황을 가정할 경우에도 마찬가지입니다. 양자컴퓨팅이 상용화되면 기존 암호화 시스템과 데이터 보안 방식 등 IT 인프라 전반이 변화하겠죠. 이에 대비하려면 연구와 투자를 서둘러 시작해야 합니다.